DE69511263T2 - MANUFACTURING A THERMOELECTRIC POWER GENERATION UNIT - Google Patents

MANUFACTURING A THERMOELECTRIC POWER GENERATION UNIT

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Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Leistungserzeugereinheit, die hergestellt wird durch elektrisches Verbinden einer Reihe von einer Mehrzahl von Thermoelementen als thermoelektrische Leistungserzeugungselemente, von denen jedes durch Verbinden miteinander unähnlicher Halbleiter hergestellt wird.The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric power generating unit, which is manufactured by electrically connecting a series of a plurality of thermocouples as thermoelectric power generating elements, each of which is manufactured by connecting dissimilar semiconductors to each other.

HINTERGRUNDSTECHNOLOGIEBACKGROUND TECHNOLOGY

Bei einem Thermoelement wird eine Spannung entwickelt, wenn unterschiedliche Temperaturen an den entgegengesetzten Enden davon angelegt werden. Thermoelektrische Leistungserzeugung benutzt die Spannung als elektrische Energie.A thermocouple develops a voltage when different temperatures are applied to opposite ends of it. Thermoelectric power generation uses the voltage as electrical energy.

Thermische Leistungserzeugung hat in der letzten Zeit viel Aufmerksamkeit als ein wirksames Mittel des Umwandelns von thermische Energie direkt in elektrische Energie einschließlich der Benutzung von Abwärme auf sich gezogen. Insbesondere hat eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit, die zur Erzeugung thermoelektrischer Leistung benutzt wird, viel Aufmerksamkeit wegen ihrer Möglichkeit der Anwendung auf mikrokleine tragbare elektronische Ausrüstung auf sich gezogen, zum Beispiel eine Armbanduhr, da sie in Reihe geschaltete Thermoelemente aufweist, und weiter verursacht sie kein Problem der Batterieentleerung oder des Leckens des Elektrolyten in einer Batterie, wie es bei einer Redox-Batterie der Fall ist.Thermal power generation has recently attracted much attention as an effective means of converting thermal energy directly into electrical energy including the use of waste heat. In particular, a thermoelectric power generation unit used to generate thermoelectric power has attracted much attention because of its possibility of application to micro-sized portable electronic equipment, such as a wristwatch, since it has thermocouples connected in series, and further it does not cause a problem of battery depletion or leakage of the electrolyte in a battery as is the case with a redox battery.

Fig. 46 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Aufbaues einer herkömmlichen thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit zeigt. Diese thermoelektrische Leistungserzeu gungseinheit weist einen laminierten Aufbau als Ganzes auf, und sie weist eine Mehrzahl von Thermoelementen 100 auf, die aus P- thermoelektrischen Material 101 und N-thermoelektrischen Material 102 bestehen; eine große Zahl von Thermoelementen, die als thermoelektrische Leistungserzeugungselemente dienen, sind in einer vorbestimmten Weise vorgesehen und elektrisch in Reihe geschaltet.Fig. 46 is a perspective view showing an example of a structure of a conventional thermoelectric power generation unit. This thermoelectric power generation unit The power generation unit has a laminated structure as a whole, and comprises a plurality of thermocouples 100 made of P-type thermoelectric material 101 and N-type thermoelectric material 102; a large number of thermocouples serving as thermoelectric power generation elements are provided in a predetermined manner and electrically connected in series.

Ein warmer Übergang 104 und ein kalter Übergang 105 entsprechender Thermoelemente 100 sind auf der oberen Oberfläche bzw. der unteren Oberfläche der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit mit dem laminierten Aufbau so vorgesehen, daß Leistung durch einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Oberflächen erzeugt wird.A hot junction 104 and a cold junction 105 of corresponding thermocouples 100 are provided on the upper surface and the lower surface of the thermoelectric power generation unit with the laminated structure so that power is generated by a temperature difference between the two surfaces.

Thermoelektrische Leistung wird durch Benutzung des sogenannten "Seebeck-Effektes" erzeugt, bei dem zwei ungleiche Metalle an gegenüberliegenden Enden verbunden sind und ein Temperaturunterschied zwischen den zwei Verbindungen aufrechterhalten wird, eine thermoelektrische elektromotorische Kraft wird zwischen den zwei Verbindungen erzeugt.Thermoelectric power is generated by using the so-called "Seebeck effect" where two dissimilar metals are joined at opposite ends and a temperature difference is maintained between the two junctions, a thermoelectric electromotive force is generated between the two junctions.

Solch eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit zum Erzeugen einer thermoelektrischen Leistung, wie oben beschrieben wurde, wird normalerweise durch das folgende Verfahren hergestellt.Such a thermoelectric power generation unit for generating a thermoelectric power as described above is normally manufactured by the following method.

Zuerst werden pulverisierte Legierungspartikel zum Bilden eines Blockes eines Verarbeitungsmateriales gesintert; thermische P- und N-Halbleitermaterialien in Blockform werden durch was das "Sinterverfahren" genannt wird, dargestellt.First, powdered alloy particles are sintered to form an ingot of a processing material; thermal P- and N-type semiconductor materials in ingot form are prepared by what is called the "sintering process".

Dann wird jeder so aus entsprechenden thermoelektrischen Materialien gebildeter Block durch eine Dice-Säge oder ähnliches in Chips in der Form eines rechteckigen Parallelepipedes geschnitten und gebrochen. Die Chips mit der rechteckigen Parallel epipedform werden in einer Matrixweise derart angeordnet, wie in Fig. 46 gezeigt ist, das ein thermoelektrisches P-Material 101 und ein thermoelektrisches N-Material 102 abwechselnd vorgesehen sind.Then each block formed from corresponding thermoelectric materials is cut and broken into chips in the shape of a rectangular parallelepiped by a dice saw or similar. The chips with the rectangular parallelepiped epiped shape are arranged in a matrix manner as shown in Fig. 46, in which a P-type thermoelectric material 101 and an N-type thermoelectric material 102 are alternately provided.

Darauf folgend wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Thermoelementen durch Verbinden der entgegengesetzten Enden (an dem warmen Übergang 104 bzw. dem kalten Übergang 105) benachbarter Chips mit einem leitenden Teil wie eine Metallplatte oder ähnliches hergestellt, wobei solche Verbindungen hauptsächlich durch Löten gebildet wird.Subsequently, a thermoelectric power generation unit having a plurality of thermocouples connected in series is manufactured by connecting the opposite ends (at the hot junction 104 and the cold junction 105, respectively) of adjacent chips to a conductive member such as a metal plate or the like, such connections being formed mainly by soldering.

Typischerweise ist die durch das oben angegebene Verfahren hergestellte herkömmliche thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit von einer Form mit mehreren 10 cm² oder größer und weist Dutzende von Thermoelementen auf.Typically, the conventional thermoelectric power generation unit manufactured by the above-mentioned method is of a shape of several tens of cm2 or larger and has dozens of thermocouples.

Die Ausgabe eines herkömmlichen Thermoelementes, das aus einem Material auf Bi-Te-Basis zusammengesetzt ist, von dem geglaubt wird, daß es die höchste Leistung unter all den thermoelektrischen Materialien im praktischen Gebrauch aufweist, ist in der Größenordnung von 400 uV/ºC pro Thermoelement.The output of a conventional thermocouple composed of a Bi-Te-based material, which is believed to have the highest performance among all the thermoelectric materials in practical use, is on the order of 400 uV/ºC per thermocouple.

Eine Armbanduhr, die tragbare elektronische Ausrüstung darstellt, wird normalerweise in einer Umgebung bei ungefähr Zimmertemperatur benutzt, und folglich kann eine große Temperaturdifferenz zwischen irgendwelchen Teilen innerhalb einer Armbanduhr nicht erwartet werden; die Größe des Materiales wird benötigt zum Erzeugen einer Spannung, die zum Antreiben einer Armbanduhr benötigt wird, nämlich 1,5 V oder mehr.A wristwatch, which is portable electronic equipment, is normally used in an environment at about room temperature, and thus a large temperature difference between any parts inside a wristwatch cannot be expected; the size of the material is required to generate a voltage required to drive a wristwatch, namely 1.5 V or more.

Dieses braucht kein Problem darzustellen, wenn eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit in den Abmessungen vergrößert werden kann. Es ist jedoch sehr hart, so viel wie 2000 Thermoelemente in einem Raum von 1 cm² zu integrieren, was im wesentli chen äquivalent der Größe einer knopfgroßen Zelle ist. Die Größe der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit ist insbesondere wichtig, wenn sie als Leistungslieferquelle einer Armbanduhr und anderer mikrogroßer Elektronikausrüstung zu benutzen ist.This may not be a problem if a thermoelectric power generation unit can be increased in size. However, it is very hard to integrate as many as 2000 thermocouples in a space of 1 cm², which is essentially equivalent to the size of a button-sized cell. The size of the thermoelectric power generation unit is particularly important when it is to be used as a power source for a wristwatch and other micro-sized electronic equipment.

Einfach gesagt, die Miniaturisierung der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheiten kann nur erreicht werden, wenn ein gesinterter Körper aus thermoelektrischen Materialien in sehr kleine Stücke durch mechanische Bearbeitung geschnitten werden kann, wie in dem vorangehenden angegeben wurde.Simply put, the miniaturization of thermoelectric power generation units can only be achieved if a sintered body of thermoelectric materials can be cut into very small pieces by mechanical processing as stated in the foregoing.

Die Bearbeitung von mikrokleinen Elementen weist natürlich ihre Grenzen auf, und aufgrund der sehr zerbrechlichen Natur der meisten thermoelektrischen Materialien muß Vorsicht nicht nur bei dem Schneidevorgang sondern auch bei der Handhabung davon nach dem Schneidevorgang ausgeübt werden, was unausweichlich in einer niedrigeren Produktionsausbeute resultiert.Machining of micro-sized devices obviously has its limitations, and due to the very fragile nature of most thermoelectric materials, care must be taken not only during the cutting process but also in handling them after cutting, which inevitably results in lower production yields.

Die minimale Größe eines Materiales, das mit dem herkömmlichen Verfahren des Herstellens durch mechanische Bearbeitung gehandhabt werden kann, wird als ungefähr 1 mm² betrachtet, und selbst wenn eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit in einen Raum von 1 cm² gepackt wird, wird die maximale Zahl der thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente, nämlich der Thermoelemente, die darin eingebaut sind, auf ungefähr 50 Elemente nur geschätzt.The minimum size of a material that can be handled by the conventional method of manufacturing by machining is considered to be about 1 mm², and even if a thermoelectric power generation unit is packed into a space of 1 cm², the maximum number of thermoelectric power generation elements, namely thermocouples, incorporated therein is estimated to be only about 50 elements.

Es gibt ein anderes vorstellbares Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit, bei dem ein thermoelektrisches Material in einer dünnen Filmform durch den Vakuumabscheidungsvorgang gebildet wird, klein bemessene Thermoelemente durch Darstellen des mikrobemessenen thermoelektrischen Materiales in einer dünnen Filmform durch den Ätzvorgang hergestellt werden, und die so hergestellten Thermoelemente in Reihe geschaltet werden, wodurch eine thermoelektrische Leistungser zeugungseinheit vollständig beendet wird. Sicher, die Herstellung klein bemessener Thermoelemente ist mit diesem Verfahren einfacher.There is another conceivable method of manufacturing a thermoelectric power generation unit in which a thermoelectric material is formed in a thin film form by the vacuum deposition process, small-sized thermocouples are manufactured by forming the micro-sized thermoelectric material in a thin film form by the etching process, and the thus-manufactured thermocouples are connected in series, thereby forming a thermoelectric power generation unit. generation unit is completely terminated. Of course, the production of small-sized thermocouples is easier with this process.

Der durch den Vakuumabscheidungsvorgang gebildete Film ist ungefähr von 1 um in Dicke, was zu dünn ist zum Zusammensetzen von Thermoelementen zur Benutzung als thermoelektrischer Leistungserzeugungselemente, und wenn so viele wie 2000 solcher Thermoelemente an Ort und Stelle sind, wird deren interne Impedanz zu hoch, wodurch das Risiko verursacht wird, daß die Thermoelemente nicht in der Lage sind, eine Stromstärke auszugeben, die von den thermoelektrischen Leistungserzeugungselementen verlangt wird. Daher sind Thermoelemente, die durch Filme hergestellt sind, die durch den Vakuumabscheidungsvorgang gebildet sind, zur Benutzung als die thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente ungeeignet.The film formed by the vacuum deposition process is about 1 µm in thickness, which is too thin for assembling thermocouples for use as thermoelectric power generating elements, and when as many as 2000 such thermocouples are in place, their internal impedance becomes too high, causing a risk that the thermocouples are unable to output a current required by the thermoelectric power generating elements. Therefore, thermocouples made of films formed by the vacuum deposition process are unsuitable for use as the thermoelectric power generating elements.

Ein weiterer Vorgang, der zum Bilden der thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente vorgeschlagen wurde, ist der sogenannte Dickfilmvorgang, bei dem eine Legierung auf einer Bi-Te-Basis in einem pastenförmigen Zustand aufgebracht wird und dann zum Bilden eines Filmes gesintert wird, der signifikant dicker als der Film ist, der durch den Vakuumabscheidungsvorgang gebildet wird.Another process that has been proposed for forming the thermoelectric power generating elements is the so-called thick film process, in which a Bi-Te-based alloy is deposited in a paste state and then sintered to form a film that is significantly thicker than the film formed by the vacuum deposition process.

Das Verfahren des Herstellens eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes durch den Dickfilmvorgang ist zum Beispiel in der Japanischen Offenlegungsschrift JP 563-70462A offenbart.The method of manufacturing a thermoelectric power generating element by the thick film process is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. JP 563-70462A.

Durch den in der JP S63-70462A offenbarten Dickfilmvorgang ist ein feines Bemustern mittels Siebdruck möglich, und weiter kann ein Film mit einer Dicke von 10 um gebildet werden. Aus diesem Grund ist der Dickfilmvorgang geeigneter zum Bilden von thermoelektrischen Leistungserzeugungselementen mit einer niedrigen internen Impedanz als das Verfahren des Bilden eines Dünnfilmes durch den Vakuumabscheidungsvorgang.By the thick film process disclosed in JP S63-70462A, fine patterning by screen printing is possible, and further, a film having a thickness of 10 µm can be formed. For this reason, the thick film process is more suitable for forming thermoelectric power generation elements with a low internal impedance than the method of forming a thin film by the vacuum deposition process.

Der Dickfilmvorgang ist jedoch sehr kompliziert, da er verschiedene Vorverarbeitungsschritte benötigt mit: Schmelzen von ersten Prozeßmaterialien wie Bi, Te, Sb, Se oder ähnlichem, Herstellen eines Rohlings aus Legierung aus gemischten geschmolzenen Metallen und Zertrümmern des Rohlings zum Herstellen der Paste aus der pulverisierten Legierung, ohne daß den Prozeßmaterialien erlaubt wird, daß sie einfach in ihrem Rohzustand gemischt werden und aufgebracht werden.However, the thick film process is very complicated because it requires several pre-processing steps including: melting of initial process materials such as Bi, Te, Sb, Se or similar, making an alloy blank from mixed molten metals and crushing the blank to make the powdered alloy paste without allowing the process materials to simply be mixed and applied in their raw state.

Weiter stellt dieser Vorgang Risiken insofern dar, daß die Prozeßmaterialien durch Verunreinigungen in einem der Vorverarbeitungsschritte zum Herstellen des pastösen Materiales verunreinigt werden, daß eine ungleichmäßige Verteilung der chemischen Zusammensetzung in dem Material auftritt, das wie oben dargestellt wird, aufgrund des Versagens einer gleichförmigen festen Lösung, und daß Risse in dem Verlauf des Sinterns auftreten.Furthermore, this process presents risks in that the process materials are contaminated by impurities in one of the pre-processing steps for producing the pasty material, that an uneven distribution of the chemical composition occurs in the material as shown above due to the failure of a uniform solid solution, and that cracks occur in the course of sintering.

Mit diesem Vorgang ist das Bemustern durch Siebdruck möglich, aber eine hochgenaue Herstellung der mikrobemessenen thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente ist schwierig zu erzielen. Aus den in dem vorangehenden angegebenen Gründen ist der Dickfilmvorgang nicht gut genug zum Vorsehen von thermoelektrischen Leistungserzeugungselementen mit ausreichenden Eigenschaften, und daher ist es nicht das geeignetste Verfahren zum Herstellen mikrobemessener thermoelektrischer Erzeugungseinheiten.With this process, patterning by screen printing is possible, but high-precision manufacturing of the micro-sized thermoelectric power generation elements is difficult to achieve. For the reasons given in the foregoing, the thick-film process is not good enough to provide thermoelectric power generation elements with sufficient properties, and therefore it is not the most suitable method for manufacturing micro-sized thermoelectric generation devices.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung klar ist, ist es schwierig mittels entweder des herkömmlichen mechanischen Bearbeitungsverfahrens oder des Herstellungsverfahrens durch Ätzen des durch den herkömmlichen Vakuumabscheidungsvorgang erzeugten Filmes, eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Integrieren einer Zahl von Thermoelementen als die thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente in einem sehr kleinen Bereich herzustellen, und ein Herstellungsverfahten für eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit einer ausreichenden Ausgabekapazität ist bis jetzt zur Verfügung.As is clear from the foregoing description, it is difficult to manufacture a thermoelectric power generation unit by integrating a number of thermocouples as the thermoelectric power generation elements in a very small area by means of either the conventional mechanical processing method or the manufacturing method by etching the film formed by the conventional vacuum deposition process. and a manufacturing process for a micro-sized thermoelectric power generation unit with a sufficient output capacity is available so far.

Auf der anderen Seite ist der Dickfilmvorgang, wie oben angegeben wurde, nicht vollständig befriedigend in Hinblick auf die komplexe Natur des Vorganges und die Produkteigenschaften.On the other hand, as stated above, the thick film process is not completely satisfactory in view of the complex nature of the process and the product properties.

Aus der JP 63-84171A ist ein Verfahren des Herstellens eines thermoelektrischen Meßwertaufnehmers willkürlicher Form bekannt, worin eine untere Metallelektrode, die auf einem isolierenden Substrat durch stromloses Plattieren und elektrisches Plattieren gebildet wird, gebildet wird, eine n-Metallschicht, die durch elektrisches Plattieren auf der unteren Elektrode gebildet wird, gebildet wird, eine p-Metallschicht, die nicht in Kontakt mit der n-Metallschicht steht, gebildet wird und eine obere Metallschicht, die mit den oberen Oberflächen beider Metallschichten in Kontakt steht, vorgesehen wird. Durch solch einen Aufbau der Elektroden, daß nämlich die untere und obere Elektrode an dem Endabschnitt in der Richtung der Dicke des Plattierungsfilmes gebildet sind, nämlich eine n-Metallschicht und eine p- Metallschicht.From JP 63-84171A a method of manufacturing a thermoelectric sensor of arbitrary shape is known, in which a lower metal electrode formed on an insulating substrate by electroless plating and electric plating is formed, an n-type metal layer formed on the lower electrode by electric plating is formed, a p-type metal layer not in contact with the n-type metal layer is formed, and an upper metal layer in contact with the upper surfaces of both metal layers is provided. By such a structure of the electrodes that the lower and upper electrodes are formed at the end portion in the direction of the thickness of the plating film, namely an n-type metal layer and a p-type metal layer.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren mit hoher Genauigkeit und mit Leichtigkeit einer mikrobemessenen thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit mit einer ausreichenden Ausgabekapazität als Generator als auch einer Möglichkeit der hochgenauen Bemusterung vorzusehen, wobei die Probleme gelöst werden, die durch die herkömmlichen Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit begegnet werden.It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of high accuracy and with ease a micro-sized thermoelectric power generation unit having a sufficient output capacity as a generator as well as a high-accuracy patterning capability, while solving the problems encountered by the conventional manufacturing methods of a thermoelectric power generation unit.

Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gelöst, das die Schritte aufweist, wie in Anspruch 1 gegeben sind.This object is achieved by a manufacturing method of a thermoelectric power generation unit comprising the steps as given in claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Es wird Bezug genommen auf Anspruch 7, es ist wünschenswert, daß die Breite einer jeden der Öffnungen in dem ersten Muster in der Form von Streifen breiter als die einer jeden der ungeöffneten Oberflächenflächen darin ist, und daß das zweite Muster in der Form von Streifen identisch zu dem ersten Muster in der Form von Streifen ist.Referring to claim 7, it is desirable that the width of each of the openings in the first pattern in the form of stripes is wider than that of each of the unopened surface areas therein, and that the second pattern in the form of stripes is identical to the first pattern in the form of stripes.

Ebenfalls ist bei den entsprechenden Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung, wie sie in dem vorangehenden beschrieben wurden, die Benutzung eines lichtempfindlichen Trockenfilmes, der aus Acrylharz oder einem lichtempfindlichen Polyimidharz besteht, für ein lichtempfindliches Harz empfohlen, mit dem ein Muster in der Form von Streifen auf einem Substrat oder einem darauf gebildeten Elektrodenfilm gebildet wird.Also, in the respective manufacturing methods of a thermoelectric power generation unit according to the invention as described in the foregoing, the use of a photosensitive dry film made of acrylic resin or a photosensitive polyimide resin is recommended for a photosensitive resin with which a pattern in the form of stripes is formed on a substrate or an electrode film formed thereon.

Bei den vorangenannten Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit wird das Bemustern mit einem lichtempfindlichen Harz vorgesehen, und thermoelektrische Körper werden durch einen Plattierungsvorgang innerhalb von Öffnungen des lichtempfindlichen Harzes gebildet. Folglich kann ein thermoelektrisches Leistungserzeugungselement (Thermoelemente) mit einer Dicke von mehreren 10 um mit hoher Genauigkeit gebildet werden.In the above-mentioned manufacturing methods of a thermoelectric power generation unit, patterning with a photosensitive resin is provided, and thermoelectric bodies are formed by a plating process within openings of the photosensitive resin. Consequently, a thermoelectric power generation element (thermocouples) having a thickness of several tens of µm can be formed with high accuracy.

Da weiter die thermoelektrischen Körper durch den Plattierungsvorgang gebildet werden, können die thermoelektrischen Körper mit einer Dicke in dem Bereich von 10 um bis ungefähr 100 um gebildet werden, und die chemische Zusammensetzung der thermoelektrischen Körper kann mit Leichtigkeit durch Einstellen der chemischen Zusammensetzung des Plattierungsbades und einer angelegten Spannung gesteuert werden.Further, since the thermoelectric bodies are formed by the plating process, the thermoelectric bodies can be formed with a thickness in the range of 10 µm to about 100 µm, and the chemical composition of the thermoelectric bodies can be easily controlled by adjusting the chemical composition of the plating bath and an applied voltage.

Die Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung weist den lithographischen Vorgang unter Benutzung eines lichtempfindlichen Harzes, dem Plattierungsvorgang, den Vakuumabscheidungsvorgang und den Ätzvorgang auf. Daher kann eine Mehrzahl der Elemente auf einer Chargenbasis gleichzeitig gebildet werden, wodurch es möglich ist, daß die Integrationsdichte der Thermoelemente, nämlich der thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente dramatisch von dem herkömmlichen Pegel hochspringt. Als Resultat kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit, die eine hohe Ausgabe selbst bei einer kleinen Temperaturdifferenz erzeugt, mit Leichtigkeit hergestellt werden.The manufacturing process of a thermoelectric power generation unit according to the invention includes the lithographic process using a photosensitive resin, the plating process, the vacuum deposition process, and the etching process. Therefore, a plurality of elements can be formed simultaneously on a batch basis, thereby enabling the integration density of the thermocouples, namely, the thermoelectric power generation elements, to jump dramatically from the conventional level. As a result, a micro-sized thermoelectric power generation unit that generates a high output even at a small temperature difference can be manufactured with ease.

Bei dem Verfahren des Bildens eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes weisen entsprechende thermoelektrische Aufbauten thermoelektrische Körper auf, die durch Plattierung in Öffnungen eines lichtempfindlichen Harzes mit einem Muster in der Form von Streifen gebildet werden. Folglich wird Rutschen, wenn überhaupt, in der Querschnittsposition der thermoelektrischen Körper durch Stapeln einer Mehrzahl von thermoelektrischen Aufbauten minimiert, die thermoelektrische Körper enthalten, die aus verschiedenen thermoelektrischen Materialien bestehen, so daß die ungeöffneten Oberflächenflächen des lichtempfindlichen Harzes auf einen thermoelektrischen Aufbau glatt in die Öffnungen (plattierter Abschnitt) des lichtempfindlichen Harzes eines passen.In the method of forming a thermoelectric power generating element, respective thermoelectric assemblies comprise thermoelectric bodies formed by plating in openings of a photosensitive resin having a pattern in the form of stripes. Consequently, slippage, if any, in the cross-sectional position of the thermoelectric bodies is minimized by stacking a plurality of thermoelectric assemblies containing thermoelectric bodies made of different thermoelectric materials so that the unopened surface areas of the photosensitive resin on one thermoelectric assembly smoothly fit into the openings (plated portion) of the photosensitive resin on one.

Als Resultat fällt der Abstand zwischen unähnlichen thermoelektrischen Materialien automatisch in einen vorbestimmten Bereich, wodurch das Anpassen der Muster leichter gemacht wird, wenn thermoelektrische Aufbauten zusammen verbunden werden; wenn die Verdrahtung zwischen den thermoelektrischen Körpern durch einen Vakuumabscheidungsvorgang oder photolithographische Techniken vorgesehen wird, kann die Arbeit mit Leichtigkeit durch Vorbereiten einer Maske ausgeführt werden, die dem vorbestimmten Abstand entspricht.As a result, the distance between dissimilar thermoelectric materials automatically falls within a predetermined range, making pattern matching easier when thermoelectric structures are bonded together; when wiring between thermoelectric bodies is provided by a vacuum deposition process or photolithographic techniques, the work can be carried out with ease by preparing a mask corresponding to the predetermined distance.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 bis 8 stellen eine erste Ausführungsform dar, die das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung ausführt. Ebenfalls stellen Fig. 1 bis 3 und Fig. 7 eine zweite und dritte Ausführungsform dar, Fig. 4 und 5 stellen die zweite Ausführungsform wie oben dar, Fig. 8 stellt die zweite, vierte und fünfte Ausführungsform gemäß der Erfindung dar.Fig. 1 to 8 illustrate a first embodiment carrying out the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention. Also, Fig. 1 to 3 and Fig. 7 illustrate a second and third embodiment, Fig. 4 and 5 illustrate the second embodiment as above, Fig. 8 illustrates the second, fourth and fifth embodiments according to the invention.

Fig. 9 stellt einen Teil des Herstellungsvorganges dar, der bei der zweiten Ausführungsform angenommen wird, die das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung ausführt.Fig. 9 illustrates a part of the manufacturing process adopted in the second embodiment which carries out the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention.

Fig. 10 bis 13 stellen den Herstellungsvorgang dar, der in der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird. Ebenfalls stellen Fig. 11 und 12 eine sechste Ausführungsform dar. Fig. 13 stellt die sechste und neunte Ausführungsform dar.Figs. 10 to 13 illustrate the manufacturing process adopted in the third embodiment according to the invention. Also, Figs. 11 and 12 illustrate a sixth embodiment. Fig. 13 illustrates the sixth and ninth embodiments.

Fig. 14 bis 18 stellen den Herstellungsvorgang dar, der bei der vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird. Ebenfalls stellen Fig. 14 und 15 die fünfte und sechste Ausführungsform dar, Fig. 17 und 18 stellen die fünfte Ausführungsform dar.Figs. 14 to 18 illustrate the manufacturing process adopted in the fourth embodiment according to the invention. Also, Figs. 14 and 15 illustrate the fifth and sixth embodiments, Figs. 17 and 18 illustrate the fifth embodiment.

Fig. 19 stellt einen Teil des Herstellungsvorganges dar, der bei der fünften Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird.Fig. 19 illustrates a part of the manufacturing process adopted in the fifth embodiment according to the invention.

Fig. 20 stellt einen Teil des Herstellungsvorganges dar, der bei der sechsten Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird.Fig. 20 illustrates a part of the manufacturing process adopted in the sixth embodiment according to the invention.

Fig. 21 bis 28 stellen den Herstellungsvorgang dar, der in einer siebten Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird. Ebenfalls stellen Fig. 21 bis 23 die achte bis zwölfte Ausführungsform dar, Fig. 25 stellt eine zehnte Ausführungsform dar, Fig. 26 bis 28 stellen die achte Ausführungsform dar.Fig. 21 to 28 illustrate the manufacturing process adopted in a seventh embodiment according to the invention. Also, Fig. 21 to 23 illustrate the eighth to twelfth embodiments, Fig. 25 illustrates a tenth embodiment, Fig. 26 to 28 illustrate the eighth embodiment.

Fig. 29 stellt einen Teil des Herstellungsvorganges dar, der in der achten und elften Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird.Fig. 29 illustrates a part of the manufacturing process adopted in the eighth and eleventh embodiments according to the invention.

Fig. 30 bis 32 stellen den Herstellungsvorgang dar, der in der neunten Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird. Ebenfalls stellt Fig. 30 die zwölfte Ausführungsform dar.Figs. 30 to 32 illustrate the manufacturing process adopted in the ninth embodiment according to the invention. Also, Fig. 30 illustrates the twelfth embodiment.

Fig. 33 und 34 stellen einen Teil des Herstellungsvorganges dar, der in der zehnten und elften Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird.Figs. 33 and 34 illustrate a part of the manufacturing process adopted in the tenth and eleventh embodiments according to the invention.

Fig. 35 und 36 stellen einen Teil des Herstellungsvorganges dar, der in der zwölften Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird.Figs. 35 and 36 illustrate a part of the manufacturing process adopted in the twelfth embodiment according to the invention.

Fig. 37 bis 35 stellen den Herstellungsvorgang dar, der in einer dreizehnten Ausführungsform gemäß der Erfindung angenommen wird.Figs. 37 to 35 illustrate the manufacturing process adopted in a thirteenth embodiment according to the invention.

Fig. 46 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Form einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit zeigt, die durch das herkömmliche Verfahren hergestellt ist.Fig. 46 is a perspective view showing a shape of a thermoelectric power generation unit manufactured by the conventional method.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung wird im einzelnen durch die folgende Beschreibung der Beispiele bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention will be described in detail by the following description of examples of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

[Erste Ausführungsform][First embodiment]

Es wird Bezug genommen auf Fig. 1 bis 8, das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung durch die erste Ausführungsform wird hier im folgenden beschrieben.Referring to Figs. 1 to 8, the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention by the first embodiment will be described hereinafter.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 1, ein Substrat 10 wird aus einem Kupferblatt gebildet, und ein Elektrodenfilm 11 wird auf dem Substrat 10 durch einen Vakuumabscheidungsvorgang unter Benutzung von Titan (Ti) gebildet. Der Elektrodenfilm 11 besitzt eine Dicke von 500 nm.Referring now to Fig. 1, a substrate 10 is formed from a copper sheet, and an electrode film 11 is deposited on the substrate 10 by a vacuum deposition process using titanium (Ti). The electrode film 11 has a thickness of 500 nm.

Ein Titanfilm des Elektrodenfilms kann ein Kupferblatt des Substrates 10 davor schützen, daß es durch eine Plattierungslösung während einer Plattierungsbehandlung angegriffen wird, die hier im folgenden beschrieben wird.A titanium film of the electrode film can protect a copper sheet of the substrate 10 from being attacked by a plating solution during a plating treatment, which will be described hereinafter.

Darauf folgend wird ein lichtempfindlicher Harzfilm auf dem Elektrodenfilm 11 gebildet. Der lichtempfindliche Film 12 wird durch einen Rollenbeschichter unter Benutzung eines lichtempfindlichen Trockenfilmes von 50 um Dicke gebildet.Subsequently, a photosensitive resin film is formed on the electrode film 11. The photosensitive film 12 is formed by a roll coater using a photosensitive dry film of 50 µm in thickness.

Dann wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein Muster in der Form von Streifen in dem lichtempfindlichen Harz 12 mittels einer lithographischen Technik vorgesehen, die aus einer Lichtbelichtungsbehandlung zum Auftreffen auf Objekte mit Licht durch eine Photomaske und einer Entwicklungsbehandlung zum Auflösen und Entfernen nur unbelichteter Abschnitte besteht. Fig. 7 ist eine Draufsicht, die die Form des Musters zeigt, das in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen ist.Then, as shown in Fig. 1, a pattern in the form of stripes is provided in the photosensitive resin 12 by means of a lithographic technique consisting of a light exposure treatment for impinging objects with light through a photomask and a development treatment for dissolving and removing only unexposed portions. Fig. 7 is a plan view showing the shape of the pattern provided in the photosensitive resin 12.

Nachdem das lichtempfindliche Harz 12 gebildet ist, wird ein Polymerfilm auf Teflonbasis auf der gesamten Oberfläche der Unterseite des Substrates durch einen Schleuderbeschichtungsvorgang (nicht in Fig. 1 gezeigt) gebildet.After the photosensitive resin 12 is formed, a Teflon-based polymer film is formed on the entire surface of the bottom surface of the substrate by a spin coating process (not shown in Fig. 1).

Der aus einem Material auf Teflonbasis hergestellte Polymerfilm, der auf der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 gebildet ist, ist zum Verhindern wirksam, das eine metallische Abscheidung auf dem Substrat 10 im Zuge des im folgenden beschriebenen Plattierungsvorganges gebildet wird.The polymer film made of a Teflon-based material formed on the bottom surface of the substrate 10 is effective for preventing a metallic deposit from being formed on the substrate 10 during the plating process described below.

In dem nächsten Schritt werden erste thermoelektrische Körper 15, die aus einem ersten thermoelektrischen Material hergestellt sind, durch einen Plattierungsvorgang in Öffnungen 13 gebildet, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 auf dem Substrat 10 vorgesehen sind, wie in Fig. 2 gezeigt ist.In the next step, first thermoelectric bodies 15 made of a first thermoelectric material are formed by a plating process in openings 13 provided in the photosensitive resin 12 on the substrate 10, as shown in Fig. 2.

Eine Bi-Te-Se-Legierung, die ein N-Halbleiter ist, wird als das Material für die ersten thermoelektrischen Körper 15 benutzt.A Bi-Te-Se alloy, which is an N-type semiconductor, is used as the material for the first thermoelectric bodies 15.

Ein Plattierungselektrolyt, der zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 benutzt wird, ist eine Salpetersäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SeO&sub2; enthält. Die Bi-Te-Se-Legierung wird auf dem Elektrodenfilm 11 innerhalb der Öffnungen 13 des lichtempfindlichen Harzes 12 durch Anlegen von 1 V zwischen dem Elektrodenfilm 11, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pd)- Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.A plating electrolyte used to form the first thermoelectric bodies 15 is a nitric acid solution containing Bi(NO3)3, TeO2 and SeO2. The Bi-Te-Se alloy is deposited on the electrode film 11 within the openings 13 of the photosensitive resin 12 by applying 1 V between the electrode film 11 serving as a cathode and a platinum (Pd) electrode serving as an anode.

Durch die wie oben angegebene Plattierung werden die ersten thermoelektrischen Körper 15 auf dem Elektrodenfilm 11 nur in den Gebieten innerhalb der Öffnungen 13 gebildet, die von dem lichtempfindlichen Harz 12 umgeben sind, da die Unterseitenoberfläche des Substrates 11 durch den Polymerfilm geschützt ist.By plating as above, the first thermoelectric bodies 15 are formed on the electrode film 11 only in the areas inside the openings 13 surrounded by the photosensitive resin 12, since the bottom surface of the substrate 11 is protected by the polymer film.

Bei dem Plattierungsvorgang zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 wird der Betrag der Metallabscheidung gemäß der Menge der elektrischen Ladung bestimmt, die auf der Grundlage des elektrischen Stromes berechnet werden kann, der während der Elektrolyse verbraucht wird. Aus diesem Grund kann die Dicke der ersten thermoelektrischen Körper 15 leicht innerhalb eines gewünschten Bereiches durch Messen der Menge der elektrischen Ladung gesteuert werden.In the plating process for forming the first thermoelectric bodies 15, the amount of metal deposition is determined according to the amount of electric charge, which can be calculated based on the electric current consumed during electrolysis. For this reason, the thickness of the first thermoelectric bodies 15 can be easily controlled within a desired range by measuring the amount of electric charge.

Die Menge der elektrischen Reaktionsladung ist so eingestellt, daß die ersten thermoelektrischen Körper 15 die gleiche Dicke wie das lichtempfindliche Harz 12 aufweisen, in dem die Musterung vorgesehen ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, nämlich 50 um.The amount of the reaction electric charge is set so that the first thermoelectric bodies 15 have the same thickness as the photosensitive resin 12 in which the pattern is provided, as shown in Fig. 2, namely 50 µm.

Weiter kann die chemische Zusammensetzung der Legierung durch Variieren der Ionenkonzentration von Bi, Te und Se geändert werden, die in dem Plattierungselektrolyten enthalten sind, und die Auswahl des Materiales für die ersten thermoelektrischen Körper 15, die eine benötigte Ausgabespannung und Widerstandswert aufweisen, wird möglich durch Variieren der eingestellten Bedingungen für die Ionenkonzentration der oben erwähnten Metalle.Further, the chemical composition of the alloy can be changed by varying the ion concentration of Bi, Te and Se contained in the plating electrolyte, and the selection of the material for the first thermoelectric bodies 15 having a required output voltage and resistance value becomes possible by varying the set conditions for the ion concentration of the above-mentioned metals.

Nachdem die Plattierung der ersten thermoelektrischen Körper 15 beendet ist, wird der Polymerfilm unter Benutzung von Toluen abgelöst und von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 entfernt, woraufhin die auf dem Substrat 10 gebildeten thermoelektrischen Körper 15 in einer Stickstoffatmosphäre bei 350ºC während einer Stunde wärmebehandelt werden.After the plating of the first thermoelectric bodies 15 is completed, the polymer film is peeled off and removed from the bottom surface of the substrate 10 using toluene, and then the thermoelectric bodies 15 formed on the substrate 10 are heat-treated in a nitrogen atmosphere at 350°C for one hour.

Die Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wird zum Homogenisieren der Zusammensetzung der Legierung, die die ersten thermoelektrischen Körper 15 darstellt, so angewendet, daß die Ausgabe der thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente verstärkt wird.The heat treatment in a nitrogen atmosphere is used to homogenize the composition of the alloy constituting the first thermoelectric bodies 15 so that the output of the thermoelectric power generating elements is enhanced.

Dann wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die gesamte Oberfläche des Substrates 10 mit einem in Wärme aushärtendem Harz 16, das aus einem Polyimidharz besteht, durch einen Schleuderbeschichtungsvorgang beschichtet.Then, as shown in Fig. 3, the entire surface of the substrate 10 is coated with a thermosetting resin 16 consisting of a polyimide resin by a spin coating process.

Danach wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder höher zum Härten des in Wärme aushärtenden Harzes 16, das aus Polyimidharz besteht, angewendet.Thereafter, a heat treatment at a temperature of 150ºC or higher is applied to cure the thermosetting resin 16 consisting of polyimide resin.

Darauf folgend wird nach Auflösen allen Kupfers, das das Substrat (10) darstellt, durch Eintauchen des gesamten Körpers davon in eine Salpetersäurenlösung das Titan (Ti), das den Elektrodenfilm darstellt, unter Benutzung einer 1%-igen Wasserstofffluorsäurenlösung aufgelöst.Subsequently, after dissolving all the copper constituting the substrate (10) by immersing the whole body thereof in a nitric acid solution, the titanium (Ti) constituting the electrode film is dissolved using a 1% hydrofluoric acid solution.

Bei diesem Vorgang der Auflösungsbehandlung verbleiben die ersten thermoelektrischen Körper 15, das lichtempfindliche Harz 12 und das in Wärme aushärtende Harz 16 wie sie sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, da sie alle in Salpetersäure und in Wasserstofffluorsäure unlöslich sind, wodurch ein erster thermoelektrischer Aufbau 20 gebildet wird.In this dissolution treatment process, the first thermoelectric bodies 15, the photosensitive resin 12 and the thermosetting resin 16 remain as they are as shown in Fig. 4 since they are all insoluble in nitric acid and hydrofluoric acid, thereby forming a first thermoelectric assembly 20.

Das vorangehende beschreibt den Vorgang des Bildens des ersten thermoelektrischen Aufbaus 20, der die ersten thermoelektrischen Körper 15 enthält, und ein zweiter thermoelektrischer Aufbau 21, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird durch den gleichen Vorgang gebildet, wie in dem vorangehenden beschrieben wurde, mit der Ausnahme eines Vorganges zum Bilden zweiter thermoelektrischer Körper 17 durch Plattieren mit einem zweiten thermoelektrischen Material. Der Vorgang des Bildens der zweiten thermoelektrischen Körper 17 durch Plattieren mit dem zweiten thermoelektrischen Material wird hier im folgenden beschrieben.The foregoing describes the process of forming the first thermoelectric assembly 20 including the first thermoelectric bodies 15, and a second thermoelectric assembly 21 as shown in Fig. 5 is formed by the same process as described in the foregoing, except for a process of forming second thermoelectric bodies 17 by plating with a second thermoelectric material. The process of forming the second thermoelectric bodies 17 by plating with the second thermoelectric material will be described hereinafter.

Nachdem der in Fig. 1 gezeigte Vorgang beendet ist, werden die zweiten thermoelektrischen Körper 17, die aus dem zweiten thermoelektrischen Material bestehen, in den Öffnungen 13, die in einem thermoelektrischen Harz 12 vorgesehen sind, mittels eines Plattierungsvorganges (nicht gezeigt) gebildet.After the process shown in Fig. 1 is completed, the second thermoelectric bodies 17 made of the second thermoelectric material are formed in the openings 13 provided in a thermoelectric resin 12 by means of a plating process (not shown).

Eine Bi-Te-Sb-Legierung, die ein P-Halbleiter ist, wird als das Material für die zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt.A Bi-Te-Sb alloy, which is a P-type semiconductor, is used as the material for the second thermoelectric bodies 17.

Ein zum Bilden der zweiten thermoelektrischen Körper 17 des P- Halbleiters benutzter Plattierungselektrolyt ist eine Salpetersäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SbCl&sub3; enthält.A plating electrolyte used to form the second thermoelectric bodies 17 of the P-type semiconductor is a nitric acid solution containing Bi(NO₃)₃, TeO₂ and SbCl₃.

Die Bi-Te-Sb-Legierung wird auf einem Elektrodenfilm 11 innerhalb der Öffnungen 13, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, durch Anlegen von 1 V zwischen dem Elektrodenfilm 11, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.The Bi-Te-Sb alloy is deposited on an electrode film 11 within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12 by applying 1 V between the electrode film 11 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Bei diesem Plattierungsvorgang werden auch die zweiten thermoelektrischen Körper 17 nur innerhalb der Öffnungen 13 abgeschieden, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, da die Unterseitenoberfläche eines Substrates 10 durch einen darauf gebildeten Polymerfilm geschützt ist; die Dicke eines jeden der zweiten thermoelektrischen Körper 17 kann durch Messen der Menge der elektrischen Reaktionsladung derart gesteuert werden, daß jeder die gleiche Dicke wie die eines Trockenfilmes aufweist, nämlich 50 um.In this plating process, the second thermoelectric bodies 17 are also deposited only within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12, since the bottom surface of a substrate 10 is protected by a polymer film formed thereon; the thickness of each of the second thermoelectric bodies 17 can be controlled by measuring the amount of the reaction electric charge so that each has the same thickness as that of a dry film, namely, 50 µm.

Die Zusammensetzung der Legierung, die die zweiten thermoelektrischen Körper 17 darstellt, kann ebenfalls durch Variieren der Ionenkonzentration von Bi, Te und Sb, die in den Plattierungselektrolyten enthalten sind, geändert werden, die Zusammensetzung der thermoelektrischen Körper 17 kann so gesteuert werden, daß sie die gewünschte Ausgabespannung und Widerstand aufweisen.The composition of the alloy constituting the second thermoelectric bodies 17 can also be changed by varying the ion concentration of Bi, Te and Sb contained in the plating electrolytes, the composition of the thermoelectric bodies 17 can be controlled to have the desired output voltage and resistance.

Der zweite thermoelektrische Aufbau 21 kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, durch Anwenden der gleichen Behandlungsvorgänge wie jene gebildet werden, die zum Herstellen des ersten thermoelektrischen Aufbaues 20 angewandt wurden, die im vorangehenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 und 7 beschrieben wurden, nämlich die Auflösungsbehandlung des auf der Unterseitenoberfläche des Substrates gebildeten Polymerfilmes, die Wärmebehandlung, der Beschichtungsvorgang des Substrates 10 mit dem in Wärme aushärtendem Harz 16 und den Vorgang des Auflösens des Substrates 10 und des Elektrodenfilmes 11.The second thermoelectric structure 21 can be formed, as shown in Fig. 5, by applying the same treatment processes as those used to manufacture the first thermoelectric structure 20 described above with reference to Figs. 1 to 4 and 7, namely, the dissolving treatment of the polymer film formed on the bottom surface of the substrate, the heat treatment, the coating process of the substrate 10 with the thermosetting resin 16, and the process of dissolving the substrate 10 and the electrode film 11.

In dem nächsten Schritt werden abwechselnde Schichten des ersten thermoelektrischen Aufbaus 20 und des zweiten thermoelektrischen Aufbaus 21 gebildet, miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden und in eine vorbestimmte Länge geschnitten, wodurch ein laminierter thermoelektrischer Aufbau mit einer Schnittansicht gebildet wird, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist.In the next step, alternate layers of the first thermoelectric assembly 20 and the second thermoelectric assembly 21 are formed, bonded together by an epoxy-based adhesive, and cut into a predetermined length, thereby forming a laminated thermoelectric assembly having a sectional view as shown in Fig. 6.

Wenn die Oberflächenrauheit der geschnittenen Oberflächen als zu groß gefunden wird, daß die in einer späteren Stufe der Herstellung vorgesehene Verdrahtung beeinflußt wird, können die geschnittenen Oberflächen durch ein Lappungsverfahren poliert werden.If the surface roughness of the cut surfaces is found to be too great to affect the wiring to be provided at a later stage of manufacture, the cut surfaces may be polished by a lapping process.

Dann wird, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ein Gold-(Au)-Film auf den gesamten geschnittenen Oberflächen des laminierten thermoelektrischen Aufbaues durch einen Vorgang des Vakuumabscheidens, Sputterns oder stromlosen Plattierens gebildet; Verdrahtungselektroden 25 werden durch Bemustern auf dem Gold-(Au)-Film unter Benutzung von photolithographischen Techniken gebildet.Then, as shown in Fig. 8, a gold (Au) film is formed on the entire cut surfaces of the laminated thermoelectric structure by a process of vacuum deposition, sputtering or electroless plating; wiring electrodes 25 are formed by patterning on the gold (Au) film using photolithographic techniques.

Darauf folgend werden Thermoelemente 30 durch Verbinden über die Verdrahtungselektroden 25 der Enden eines jeden der ersten thermoelektrischen Aufbauten 25 mit den Enden eines der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 17 benachbart zu dem ersteren auf der geschnittenen Endoberfläche des laminierten thermoelektrischen Aufbaues gebildet. Eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit wird durch Verbinden aller Thermoelemente 30 zusammen in Reihe hergestellt.Subsequently, thermocouples 30 are formed by connecting, via the wiring electrodes 25, the ends of each of the first thermoelectric structures 25 to the ends of one of the second thermoelectric structures 17 adjacent to the former on the cut end surface of the laminated thermoelectric structure. A thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples 30 together in series.

Bei dem vorgenannten Herstellungsverfahren der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit kann das Bemustern des lichtempfindlichen Harzes 12 des Trockenfilmes mit einer Genauigkeit von Plus oder Minus einiger um erzielt werden.In the above-mentioned manufacturing method of the thermoelectric power generation unit, the patterning of the photosensitive resin 12 of the dry film can be achieved with an accuracy of plus or minus several µm.

Ebenfalls können die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 mittels des Plattierens innerhalb der Öffnungen 13, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, mit derselben Größenordnung der Bemusterungsgenauigkeit wie bei der Bemusterung in dem lichtempfindlichen Harz 12, nämlich innerhalb Plus oder Minus einiger um gebildet werden.Also, the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 can be formed by plating within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12 with the same order of patterning accuracy as in the patterning in the photosensitive resin 12, namely, within plus or minus several µm.

Es kann von dem vorangehenden gesagt werden, daß im Vergleich mit dem herkömmlichen mechanischen Bearbeitungsvorgang oder dem Dickfilmverfahren durch Siebdrucken dieses Verfahren der ersten Ausführungsform eine sehr viel höhere Dimensionsgenauigkeit erzielen kann, und weiterhin werden bei der ersten Ausführungsform die Dicke und die Zusammensetzung der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17, die durch einen Plattierungsvorgang gebildet werden, mit größerer Leichtigkeit gesteuert, und die Vorverarbeitung des Lösens der Materialien wird leichter gemacht.It can be said from the foregoing that, in comparison with the conventional machining process or the thick film process by screen printing, this process of the first embodiment can achieve much higher dimensional accuracy, and further, in the first embodiment, the thickness and composition of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 formed by a plating process are controlled with greater ease, and the preprocessing of dissolving the materials is made easier.

Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit mit einem photolithographischen Vorgang, einem Plattierungsvorgang und einem Vakuumabscheidungsvorgang oder einem Ätzvorgang können die Herstellungsvorgänge auf einer Chargenbasis ausgeführt werden. Folglich weist das Verfahren einen Vorteil auf, das eine Mehrzahl von thermoelektrischen Aufbauten gleichzeitig hergestellt werden kann.In the above-described manufacturing method of a thermoelectric power generation unit comprising a photolithographic process, a plating process, and a vacuum deposition process or an etching process, the manufacturing processes can be carried out on a batch basis. Consequently, the method has an advantage that a plurality of thermoelectric structures can be manufactured simultaneously.

Typischerweise weist eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit, die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt ist, die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 auf, wobei jeder einzelne Körper eine Breite von 150 um aufweist und mit 50 um beabstandet ist; wobei die Gesamtdicke davon einschließlich des in Wärme aushärtenden Harzes 16 gleich 100 um ist.Typically, a thermoelectric power generation unit manufactured by the method described above comprises the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17, each individual body having a width of 150 µm and spaced at 50 µm; the total thickness thereof including the thermosetting resin 16 being 100 µm.

Es sei angenommen, daß die Breite des Substrates 10 einschließlich der Dicke der gesamten Einheit von laminierten Schichten 1 cm beträgt, dann können 2500 Paare der Thermoelemente 30 auf dem Substrat 10 gebildet werden.Assuming that the width of the substrate 10 including the thickness of the entire unit of laminated layers is 1 cm, then 2500 pairs of the thermocouples 30 can be formed on the substrate 10.

Wenn ein Temperaturunterschied von 2ºC an die wie oben hergestellte thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit angelegt wird, wird eine Spannung einer offenen Schaltung von 2 V erhal ten, was ausreichend ist zum Antreiben einer tragbaren elektronischen Ausrüstung wie zum Beispiel eine Armbanduhr.When a temperature difference of 2ºC is applied to the thermoelectric power generation unit prepared as above, an open circuit voltage of 2 V is obtained. which is sufficient to power portable electronic equipment such as a wristwatch.

Es sei weiter angenommen, daß die Länge der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit 2 mm beträgt, dann ist die interne Impedanz 13kΩ, was zeigt, daß die Einheit technisch zur Benutzung in einer elektronischen Ausrüstung geeignet ist.Further, assuming that the length of the thermoelectric power generation unit is 2 mm, the internal impedance is 13kΩ, which shows that the unit is technically suitable for use in electronic equipment.

[Zweite Ausführungsform][Second embodiment]

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 1 und 2 und Fig. 4 bis 9, das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben. Da Fig. 1 bis 8 zur gemeinsamen Benutzung mit der ersten Ausführungsform wie oben dienen, wird die zweite Ausführungsform unter zugefügter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.Referring now to Figs. 1 and 2 and Figs. 4 to 9, the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the second embodiment of the invention will be described. Since Figs. 1 to 8 are for common use with the first embodiment as above, the second embodiment will be described with added reference to Fig. 9.

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform ist das gleiche wie das der ersten Ausführungsform in dem Ausmaß, daß es einen Vorgang des Bildens des Elektrodenfilmes 11 auf dem Substrat 10, das aus einem Kupferblatt gemacht ist, einen Vorgang des Beschichtens mit dem lichtempfindlichen Harz 12, einen Bemusterungsvorgang, einen Vorgang des Beschichtens der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 mit dem Polymerfilm, einen Vorgang des Bildens der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17, einen Vorgang des Ablösens des Polymerfilmes von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 und einen Wärmebehandlungsvorgang aufweist, wie in dem Fall der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2 und 7 beschrieben wurde.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment to the extent that it includes a process of forming the electrode film 11 on the substrate 10 made of a copper sheet, a process of coating the photosensitive resin 12, a patterning process, a process of coating the bottom surface of the substrate 10 with the polymer film, a process of forming the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17, a process of peeling the polymer film from the bottom surface of the substrate 10, and a heat treatment process, as described in the case of the first embodiment with reference to Figs. 1, 2, and 7.

Das Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform nur darin, daß bei der zweiten Ausführungsform ein Wärmeisolierblatt 18, wie in Fig. 9 gezeigt ist, anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes 16 benutzt wird; für das wärmeisolierende Blatt 18 wird eine Glasplatte von 100 um Dicke benutzt und mit dem lichtempfindlichen Harz 12 und den ersten thermoelektrischen Körpern 15 mit einem Klebestoff auf Epoxybasis verbunden.The manufacturing method according to the second embodiment differs from that of the first embodiment only in that in the second embodiment, a heat insulating sheet 18, as shown in Fig. 9 is used instead of the thermosetting resin 16; for the heat insulating sheet 18, a glass plate of 100 µm thickness is used and bonded to the photosensitive resin 12 and the first thermoelectric bodies 15 with an epoxy-based adhesive.

Durch Anwenden der gleichen Behandlungsvorgänge wie in dem Fall der ersten Ausführungsform auf ein Werkstück in dem in Fig. 9 gezeigten Zustand wird das Kupfer des Substrates 10 unter Benutzung einer Salpetersäurenlösung entfernt, und weiter wird das Titan des Elektrodenfilmes 11 aufgelöst und entfernt durch die Benutzung einer 1%-igen Wasserstofffluorsäurenlösung, wodurch ein erster thermoelektrischer Aufbau 20 gebildet wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist (unter der Voraussetzung, daß das in Wärme aushärtende Harz 16 durch das wärmeisolierende Blatt 18 ersetzt ist); mittels des gleichen Behandlungsvorganges wird ein zweiter thermoelektrischer Aufbau gebildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist.By applying the same treatment procedures as in the case of the first embodiment to a workpiece in the state shown in Fig. 9, the copper of the substrate 10 is removed using a nitric acid solution, and further the titanium of the electrode film 11 is dissolved and removed using a 1% hydrogen fluoric acid solution, whereby a first thermoelectric structure 20 is formed as shown in Fig. 4 (provided that the thermosetting resin 16 is replaced by the heat insulating sheet 18); by means of the same treatment procedure, a second thermoelectric structure is formed as shown in Fig. 5.

Darauf folgend werden durch Anwenden der gleichen Behandlungsvorgänge wie in dem Fall der ersten Ausführungsform, wie in Fig. 6 und 8 gezeigt ist, abwechselnde Schichten der ersten thermoelektrischen Aufbauten 20 und der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 21 (vorausgesetzt, daß das in Wärme aushärtende Harz 16 durch die wärmeisolierende Platte 18 ersetzt ist) gebildet, miteinander verbunden und dann in eine vorbestimmte Länge geschnitten.Subsequently, by applying the same treatment processes as in the case of the first embodiment, as shown in Figs. 6 and 8, alternate layers of the first thermoelectric structures 20 and the second thermoelectric structures 21 (provided that the thermosetting resin 16 is replaced by the heat insulating plate 18) are formed, bonded to each other, and then cut into a predetermined length.

Dann wird durch Bilden von Verdrahtungselektroden 25, wie in Fig. 8 gezeigt ist, eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit, die eine Mehrzahl von Thermoelementen 30 enthält, die in Reihe geschaltet sind, fertiggestellt.Then, by forming wiring electrodes 25 as shown in Fig. 8, a thermoelectric power generation unit including a plurality of thermocouples 30 connected in series is completed.

Bei der zweiten Ausführungsform, die das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung ausführt, wird die Herstellung einer mikrobemessenen thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genau igkeit als bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren erzielt. Ebenfalls wird die Form und die Zusammensetzung der thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente (Thermoelemente) mit Leichtigkeit gesteuert.In the second embodiment, which carries out the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention, the manufacture of a micro-sized thermoelectric power generation unit with higher accuracy ity than with conventional manufacturing processes. Also, the shape and composition of the thermoelectric power generation elements (thermocouples) are easily controlled.

Da das wärmeisolierende Blatt 18 zwischen den ersten thermoelektrischen Aufbau 20 und den zweiten thermoelektrischen Aufbau 21 eingefügt ist, ist die Härte der thermoelektrischen Aufbauten aufgrund des Herstellungsvorganges gemäß der zweiten Ausführungsform gegenüber dem Fall der ersten Ausführungsform vergrößert, wodurch die Zuverlässigkeit eines Vorganges des Auflösens des Substrates 10 vergrößert wird, wodurch gegen Verzerrung und Verwerfung geschützt wird und das fertig werden mit größeren Substraten möglich wird.Since the heat insulating sheet 18 is interposed between the first thermoelectric structure 20 and the second thermoelectric structure 21, the hardness of the thermoelectric structures is increased due to the manufacturing process according to the second embodiment as compared with the case of the first embodiment, thereby increasing the reliability of a process of dissolving the substrate 10, thereby preventing distortion and warping and enabling coping with larger substrates.

[Dritte Ausführungsform][Third embodiment]

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 1 und 3 und Fig. 10 bis 13, das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben.Referring now to Figs. 1 and 3 and Figs. 10 to 13, the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the third embodiment of the invention will be described.

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform ist das gleiche, wie es bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, zu dem Ausmaß, daß es einen Vorgang des Bildens des Elektrodenfilmes 11 auf dem Substrat 10, das aus einem Kupferblatt gemacht ist, einen Vorgang des Beschichtens mit dem lichtempfindlichen Harz 12, einen Bemusterungsvorgang, einen Vorgang des Beschichtens der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 mit dem Polymerfilm, einen Vorgang des Bildens der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17, einen Vorgang des Ablösens des Polymerfilmes von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 und einen Wärmebehandlungsvorgang aufweist.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the third embodiment is the same as that described in the first embodiment with reference to Figs. 1 and 2, to the extent that it includes a process of forming the electrode film 11 on the substrate 10 made of a copper sheet, a process of coating the photosensitive resin 12, a patterning process, a process of coating the bottom surface of the substrate 10 with the polymer film, a process of forming the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17, a process of peeling off the polymer film from the bottom surface of the substrate 10, and a heat treatment process.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, werden ein Substrat 10, auf dem erste thermoelektrische Körper 15 gebildet werden, und das andere Substrat 10, auf dem zweite thermoelektrische Körper 17 gebildet werden, miteinander verbunden, wobei ein wärmeisolierendes Blatt dazwischen eingefügt ist. Eine Glasplatte von 100 um in Dicke für das wärmeisolierende Blatt 18 benutzt.As shown in Fig. 10, one substrate 10 on which first thermoelectric bodies 15 are formed and the other substrate 10 on which second thermoelectric bodies 17 are formed are bonded together with a heat insulating sheet interposed therebetween. A glass plate of 100 µm in thickness is used for the heat insulating sheet 18.

Das Substrat 10 mit den ersten thermoelektrischen Körpern 15, die darauf gebildet sind, wird mit dem anderen Substrat 10 mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17, die darauf gebildet sind, derart verbunden, daß, wie in Fig. 10 gezeigt ist, die Oberflächen der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 den entsprechenden Oberflächen des wärmeisolierenden Blattes 18 zugewandt sind. Solch eine Verbindung, wie sie oben angegeben ist, wird unter Benutzung eines Klebstoffes auf Epoxidbasis ausgeführt.The substrate 10 with the first thermoelectric bodies 15 formed thereon is bonded to the other substrate 10 with the second thermoelectric bodies 17 formed thereon such that, as shown in Fig. 10, the surfaces of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 face the corresponding surfaces of the heat insulating sheet 18. Such bonding as stated above is carried out using an epoxy-based adhesive.

Dann wird das Substrat 10 mit den ersten thermoelektrischen Körpern 15, die darauf gebildet sind, das mit dem anderen Substrat 10 verbunden ist, bei dem die zweiten thermoelektrischen Körper 17 darauf gebildet sind, mit dem dazwischen eingefügten wärmeisolierenden Blatt 18 insgesamt in eine Salpetersäurenlösung eingetaucht, wodurch all das Kupfer zur Benutzung als das Material für die entsprechenden Substrate 10 aufgelöst und entfernt wird, und Titan zur Benutzung als das Material für die Elektrodenfilme 11 wird unter Benutzung einer 1%-igen Wasserstofffluorsäurenlösung aufgelöst und entfernt. Somit wird ein zusammengesetzter thermoelektrischer Aufbau 23 gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt ist.Then, the substrate 10 with the first thermoelectric bodies 15 formed thereon, which is connected to the other substrate 10 with the second thermoelectric bodies 17 formed thereon, with the heat insulating sheet 18 interposed therebetween, is immersed as a whole in a nitric acid solution, whereby all the copper for use as the material for the respective substrates 10 is dissolved and removed, and titanium for use as the material for the electrode films 11 is dissolved and removed using a 1% hydrogen fluoric acid solution. Thus, a composite thermoelectric structure 23 is formed as shown in Fig. 1.

Als nächster Schritt werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist, eine Mehrzahl der zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 23 derart laminiert, daß die Schicht der ersten thermoelektrischen Körper 15 der Schicht der zweiten thermoelektrischen Körper 17 gegenüberliegt, die unter Benutzung eines Klebstoffes auf Epoxidbasis verbunden sind, und in eine vorbestimmte Länge geschnitten.As a next step, as shown in Fig. 12, a plurality of the assembled thermoelectric structures 23 are laminated such that the layer of the first thermoelectric bodies 15 faces the layer of the second thermoelectric bodies 17, which are bonded to Epoxy based and cut to a predetermined length.

Zu diesem Zeitpunkt sind die ersten thermoelektrischen Körper 15 nicht elektrisch mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17 verbunden, da die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 23 voneinander durch den zum Verbinden benutzten isolierenden Klebstoff auf Epoxidbasis voneinander getrennt sind.At this time, the first thermoelectric bodies 15 are not electrically connected to the second thermoelectric bodies 17 because the respective assembled thermoelectric assemblies 23 are separated from each other by the epoxy-based insulating adhesive used for connection.

Wenn die Oberflächenrauheit der geschnittenen Oberfläche eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes, das wie oben beschrieben gebildet wird, so groß ist, daß das in einer späteren Stufe der Bearbeitung vorzusehende Verdrahten beeinflußt wird, können die geschnittenen Oberfläche des Elementes durch ein Lappungsverfahren poliert werden.When the surface roughness of the cut surface of a thermoelectric power generating element formed as described above is so large as to affect the wiring to be provided at a later stage of processing, the cut surface of the element may be polished by a lapping process.

Dann wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist, wird ein Gold-(Au)-Film auf den gesamten geschnittenen Oberflächen des Elementes durch einen Vorgang des Vakuumabscheidens, Sputtern oder stromlosen Plattierens gebildet; Verdrahtungselektroden 25 werden durch Bemustern des Gold-(Au)-Filmes unter Benutzung einer photolithographischen Technik gebildet.Then, as shown in Fig. 13, a gold (Au) film is formed on the entire cut surfaces of the element by a process of vacuum deposition, sputtering or electroless plating; wiring electrodes 25 are formed by patterning the gold (Au) film using a photolithographic technique.

Darauf folgend wird ein Thermoelement 30 durch Verbinden durch Verdrahtungselektroden 25 des Endes des einen der ersten thermoelektrischen Aufbauten 15 mit dem Ende des einen der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 17 gebildet, die sich selbst benachbart zueinander auf den geschnittenen Oberflächen des Elementes darstellen. Schließlich wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Verbinden aller Thermoelemente 30 zusammen in Reihe hergestellt.Subsequently, a thermocouple 30 is formed by connecting through wiring electrodes 25 the end of one of the first thermoelectric assemblies 15 to the end of one of the second thermoelectric assemblies 17, which present themselves adjacent to each other on the cut surfaces of the element. Finally, a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples 30 together in series.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als durch herkömuiliche Verfahren hergestellt werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung des thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes (Thermoelementes) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the third embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be with higher precision than by conventional methods. In addition, the shape and composition of the thermoelectric power generating element (thermocouple) can be controlled with ease.

Weiterhin wird eine Zunahme der Härte der Leistungserzeugungseinheit aufgrund der Tatsache erzielt, daß die wärmeisolierende Platte 18 zwischen entsprechende zusammengesetzte thermoelektrische Aufbauten 23 eingefügt wird, und die Dicke der wärmeisolierenden Platte 18 ist halbiert im Vergleich zu jener in dem Fall der zweiten Ausführungsform, was ermöglicht, daß die Dicke eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes ebenfalls verringert wird. Somit ist dieses Verfahren geeignet zum weiteren Miniaturisieren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit.Furthermore, an increase in the hardness of the power generation unit is achieved due to the fact that the heat insulating plate 18 is interposed between respective composite thermoelectric structures 23, and the thickness of the heat insulating plate 18 is halved as compared with that in the case of the second embodiment, which enables the thickness of a thermoelectric power generation element to also be reduced. Thus, this method is suitable for further miniaturizing a thermoelectric power generation unit.

[Vierte Ausführungsform][Fourth Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 14 bis 18 und Fig. 8 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the fourth embodiment of the invention will be described below with reference to Figs. 14 to 18 and Fig. 8.

Für ein Substrat 10', wie es in Fig. 14 gezeigt ist, wird ein Metallblatt aus Titanium benutzt. Ein lichtempfindliches Harz 12 wird auf der gesamten Oberfläche des Substrates 10' gebildet; als das lichtempfindliche Harz 12 wird ein lichtempfindlicher Trockenfilm 50 um in Dicke durch einen Rollenbeschichter gebildet.For a substrate 10' as shown in Fig. 14, a metal sheet made of titanium is used. A photosensitive resin 12 is formed on the entire surface of the substrate 10'; as the photosensitive resin 12, a photosensitive dry film 50 µm in thickness is formed by a roll coater.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird ein Muster in der Form von Streifen auf dem lichtempfindlichen Harz 12 des Trockenfilmes mittels einer photolithographischen Technik erzeugt, die aus einer Lichtbelichtungsbehandlung zum Treffen von Objekten mit Licht durch eine Photomaske und einer Entwicklungsbehandlung zum Auflösen und Entfernen unterbelichteter Abschnitte nur besteht.As shown in Fig. 14, a pattern in the form of stripes is formed on the photosensitive resin 12 of the dry film by means of a photolithographic technique consisting of a light exposure treatment for hitting objects with light through a photomask and a development treatment for dissolving and removing underexposed portions only.

Obwohl es nicht in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Unterseitenoberfläche des Substrates 10' gesamt mit einem Polymerfilm auf Teflonbasis durch einen Schleuderbeschichtungsvorgang beschichtet, nachdem das lichtempfindliche Harz 12 gebildet ist.Although not shown in Fig. 14, the bottom surface of the substrate 10' is entirely coated with a Teflon-based polymer film by a spin coating process after the photosensitive resin 12 is formed.

Der Polymerfilm wird auf die Unterseite des Substrates 10' geschichtet zum Verhindern, daß eine Metallabscheidung auf der Unterseitenoberfläche des Substrates 10' in einem Zustand des hier im folgenden beschriebenen Plattierungsvorganges gebildet wird.The polymer film is coated on the bottom surface of the substrate 10' for preventing a metal deposit from being formed on the bottom surface of the substrate 10' in a state of the plating process described hereinafter.

Darauf folgend werden die ersten thermoelektrischen Körper 15, die aus einem thermoelektrischen Material gemacht sind, mittels Plattieren auf dem Substrat 10' innerhalb von Öffnungen 13 des lichtempfindlichen Harzes 12 gebildet, wie in Fig. 15 gezeigt ist.Subsequently, the first thermoelectric bodies 15 made of a thermoelectric material are formed by plating on the substrate 10' within openings 13 of the photosensitive resin 12, as shown in Fig. 15.

Eine Bi-Te-Se-Legierung, die ein N-Halbleiter ist, wird als das Material für die ersten thermoelektrischen Körper 15 zum Bilden innerhalb der Öffnungen 13 des lichtempfindlichen Harzes 12 benutzt.A Bi-Te-Se alloy, which is an N-type semiconductor, is used as the material for the first thermoelectric bodies 15 to be formed within the openings 13 of the photosensitive resin 12.

Ein zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15, die aus N-Halbleitern gemacht sind, benutzter Plattierungselektrolyt ist eine Salpetersäurenlösung, die Be(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SeO&sub2; enthält. Die Bi-Te-Se-Legierung wird auf dem Substrat 10' innerhalb der Öffnungen des lichtempfindlichen Harzes 12 durch Anlegen einer Spannung von 1 V zwischen dem Substrat 10', das als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.A plating electrolyte used for forming the first thermoelectric bodies 15 made of N-type semiconductors is a nitric acid solution containing Be(NO3)3, TeO2 and SeO2. The Bi-Te-Se alloy is deposited on the substrate 10' within the openings of the photosensitive resin 12 by applying a voltage of 1 V between the substrate 10' serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Wenn die ersten thermoelektrischen Körper 15 durch Plattieren gebildet werden, wie oben angegeben wird, können die ersten thermoelektrischen Körper 15 auf dem Substrat 10' nur in den Bereichen innerhalb der Öffnungen geschieden werden, die von dem lichtempfindlichen Harz 12 umgeben sind, da die Unterseitenoberfläche des Substrates 12' von dem Polymerfilm geschützt wird.When the first thermoelectric bodies 15 are formed by plating as stated above, the first thermoelectric bodies 15 can be deposited on the substrate 10' only in the areas within the openings formed by the photosensitive resin 12, since the underside surface of the substrate 12' is protected by the polymer film.

Bei dem Plattierungsvorgang zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 wird der Betrag der Metallabscheidung gemäß der Menge der elektrischen Ladung bestimmt, die auf der Grundlage des elektrischen Stromes berechnet werden kann, der während der Elektrolyse verbraucht wird. Aus diesem Grund kann die Dicke der ersten thermoelektrischen Körper 15 so mit Leichtigkeit durch Messen der Menge der elektrischen Ladung gesteuert werden, daß sie einen benötigten Wert annimmt.In the plating process for forming the first thermoelectric bodies 15, the amount of metal deposition is determined according to the amount of electric charge, which can be calculated based on the electric current consumed during electrolysis. For this reason, the thickness of the first thermoelectric bodies 15 can be easily controlled to become a required value by measuring the amount of electric charge.

Die Einstellung wird derart gemacht, daß die ersten thermoelektrischen Körper 15 die gleiche Dicke wie das lichtempfindliche Harz 12 aufweisen, nämlich 50 um.The adjustment is made such that the first thermoelectric bodies 15 have the same thickness as the photosensitive resin 12, namely 50 µm.

Weiter kann die chemische Zusammensetzung der Legierung durch Variieren der Ionenkonzentration von Bi, Te und Se geändert werden, die in dem Plattierungselektrolyten enthalten sind, und die Auswahl des Materiales für die ersten thermoelektrischen Körper 15 mit einer benötigten Ausgabespannung und Widerstandswert wird möglich durch Variieren der eingestellten Bedingungen für die Ionenkonzentration der oben erwähnten Metalle.Further, the chemical composition of the alloy can be changed by varying the ion concentration of Bi, Te and Se contained in the plating electrolyte, and the selection of the material for the first thermoelectric bodies 15 with a required output voltage and resistance value becomes possible by varying the set conditions for the ion concentration of the above-mentioned metals.

Nachdem das Plattieren der thermoelektrischen Körper 15 beendet ist, wird der Polymerfilm abgelöst und durch Toluen von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10' entfernt.After the plating of the thermoelectric bodies 15 is completed, the polymer film is peeled off and removed from the bottom surface of the substrate 10' by toluene.

Als nächstes werden die ersten thermoelektrischen Körper 15, die auf dem Substrat 10' gebildet sind, einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei 350ºC während einer Stunde unterworfen.Next, the first thermoelectric bodies 15 formed on the substrate 10' are subjected to heat treatment in a nitrogen atmosphere at 350°C for one hour.

Die Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wird zum Homogenisieren der Zusammensetzung der Legierung der ersten thermo elektrischen Körper so angewendet, daß die Ausgabe einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit verstärkt wird.The heat treatment in a nitrogen atmosphere is used to homogenize the composition of the alloy of the first thermo electrical body so as to amplify the output of a thermoelectric power generation unit.

Dann wird, wie in Fig. 16 gezeigt ist, ein in Wärme aushärtendes Harz 16, das aus einem Polyemidharz besteht, durch einen Schleuderbeschichtungsvorgang auf der Oberfläche sowohl des lichtempfindlichen Harzes 12 als auch der ersten thermoelektrischen Körper 15 auf dem Substrat 10' gebildet.Then, as shown in Fig. 16, a thermosetting resin 16 made of a polyimide resin is formed by a spin coating process on the surface of both the photosensitive resin 12 and the first thermoelectric bodies 15 on the substrate 10'.

Danach wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder höher zum Härten des in Wärme aushärtenden Harzes 16, nämlich des Polyimidharzes angewendet.Thereafter, a heat treatment at a temperature of 150ºC or higher is applied to cure the thermosetting resin 16, namely, the polyimide resin.

Darauf folgend wird der gesamte Körper eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes, das das lichtempfindliche Harz 12 und die ersten thermoelektrischen Körper 15 aufweist, wobei das in Wärme aushärtende Harz 16 darauf gebildet ist, wie in Fig. 17 gezeigt ist, in eine 1%-ige Wasserstofffluorsäurenlösung eingetaucht, wodurch Titan, das das Substrat 10' bildet, aufgelöst und entfernt wird.Subsequently, the entire body of a thermoelectric power generating element having the photosensitive resin 12 and the first thermoelectric bodies 15 with the thermosetting resin 16 formed thereon as shown in Fig. 17 is immersed in a 1% hydrogen fluoric acid solution, whereby titanium constituting the substrate 10' is dissolved and removed.

Bei diesem Vorgang der Auflösungsbehandlung verbleiben die ersten thermoelektrischen Körper 15, das lichtempfindliche Harz 12 und das in Wärme aushärtende Harz 16 wie sie sind, da alle von ihnen in Wasserstoffluorsäure unlösbar sind, wodurch ein erster thermoelektrischer Aufbau 20 gebildet wird.In this dissolution treatment process, the first thermoelectric bodies 15, the photosensitive resin 12 and the thermosetting resin 16 remain as they are since all of them are insoluble in hydrogen fluoric acid, thereby forming a first thermoelectric assembly 20.

Das vorangehende beschreibt den Vorgang des Bildens des ersten thermoelektrischen Aufbaus 20, der die ersten thermoelektrischen Körper 15 aufweist, und ein zweiter thermoelektrischer Aufbau 21, wie in Fig. 5 der ersten Ausführungsform gezeigt ist, wird durch den gleichen Vorgang wie bei dem vorangehenden gebildet. In diesem Fall unterscheidet sich der Vorgang des Bildens zweiter thermoelektrischer Körper 17 durch Plattieren mit einem zweiten thermoelektrischen Material von dem obigen. Der Vorgang des Bildens der zweiten thermoelektrischen Körper 17 durch Plattieren mit den zweiten thermoelektrischen Material wird hier im folgenden beschrieben.The foregoing describes the process of forming the first thermoelectric structure 20 having the first thermoelectric bodies 15, and a second thermoelectric structure 21 as shown in Fig. 5 of the first embodiment is formed by the same process as the foregoing. In this case, the process of forming second thermoelectric bodies 17 by plating with a second thermoelectric material is different from the above. The process of forming the second thermoelectric body 17 by plating with the second thermoelectric material will be described hereinafter.

Nachdem der in Fig. 14 gezeigte Vorgang beendet ist, werden die zweiten thermoelektrischen Körper 17, die aus dem zweiten thermoelektrischen Material gebildet sind, auf dem Substrat 10' innerhalb der Öffnungen 13, die in dem thermoelektrischen Harz 12 vorgesehen sind, mittels des Plattierungsvorganges gebildet (nicht gezeigt in Fig. 14).After the process shown in Fig. 14 is completed, the second thermoelectric bodies 17 made of the second thermoelectric material are formed on the substrate 10' within the openings 13 provided in the thermoelectric resin 12 by means of the plating process (not shown in Fig. 14).

Eine Bi-Te-Sb-Legierung, die ein P-Halbleiter ist, wird als das Material für die zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt.A Bi-Te-Sb alloy, which is a P-type semiconductor, is used as the material for the second thermoelectric bodies 17.

Ein zum Bilden der zweiten thermoelektrischen Körper 17, die aus einem P-Halbleiter gebildet sind, benutzt der Plattierungselektrolyt eine Salpetersäurenlösung, die Be(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SbCl&sub3; enthält. Die Bi-Te-Sb-Legierung wird auf dem Substrat 10' innerhalb der Öffnungen 13 abgeschieden, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, in dem eine Spannung von 1 V zwischen dem Substrat 10', das als Kathode dient, und einer Platin- (Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.For forming the second thermoelectric bodies 17 made of a P-type semiconductor, the plating electrolyte uses a nitric acid solution containing Be(NO₃)₃, TeO₂ and SbCl₃. The Bi-Te-Sb alloy is deposited on the substrate 10' within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12 by applying a voltage of 1 V between the substrate 10' serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Bei diesem Plattierungsvorgang werden auch die zweiten thermoelektrischen Körper 17 nur innerhalb der Öffnungen 13, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, abgeschieden, da die Unterseitenoberfläche des Substrates 10' durch einen darauf gebildeten Polymerfilm geschützt sind.In this plating process, the second thermoelectric bodies 17 are also deposited only within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12, since the bottom surface of the substrate 10' is protected by a polymer film formed thereon.

Die Dicke der zweiten thermoelektrischen Körper 17 wird gesteuert durch Messen der Menge der elektrischen Reaktionsladung so, daß sie die gleiche wie die Dicke eines Trockenfilmes ist, der das lichtempfindliche Harz 12 bildet, nämlich 50 um.The thickness of the second thermoelectric bodies 17 is controlled by measuring the amount of the reaction electric charge so that it is the same as the thickness of a dry film constituting the photosensitive resin 12, namely 50 µm.

Die Zusammensetzung der Legierung wird ebenfalls durch Variieren der Ionenkonzentration von Bi, Te und Sb geändert, die in dem Plattierungselektrolyten enthalten sind, wodurch die Eigenschaften der thermoelektrischen Körper 17 so gesteuert werden, daß sie die gewünschte Ausgabespannung und Widerstand aufweisen.The composition of the alloy is also changed by varying the ion concentration of Bi, Te and Sb, which are present in the plating electrolytes, whereby the properties of the thermoelectric bodies 17 are controlled so that they have the desired output voltage and resistance.

Ein zweiter thermoelektrischer Aufbau 21 wird durch die gleichen Behandlungsvorgänge wie jene gebildet, die zum Herstellen des ersten thermoelektrischen Aufbaues 20 angewandt wurden, die im vorangehenden unter Bezugnahme auf Fig. 14 bis 17 beschrieben wurden, nämlich eine Auflösungsbehandlung des Polymerfilmes, der auf der Unterseitenoberfläche des Substrates gebildet ist, ein Wärmebehandlungsvorgang, ein Vorgang des Beschichtens mit dem in Wärme aushärtbaren Harz 16 und ein Vorgang des Auflösens des Substrates 10'.A second thermoelectric structure 21 is formed by the same treatment processes as those used to manufacture the first thermoelectric structure 20 described above with reference to Figs. 14 to 17, namely, a dissolving treatment of the polymer film formed on the bottom surface of the substrate, a heat treatment process, a process of coating the thermosetting resin 16, and a process of dissolving the substrate 10'.

In dem nächsten Schritt werden abwechselnde Schichten der ersten thermoelektrischen Aufbauten 20 und der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 21 wie in Fig. 18 gezeigt gebildet und miteinander mit einem Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden.In the next step, alternating layers of the first thermoelectric structures 20 and the second thermoelectric structures 21 are formed as shown in Fig. 18 and bonded together with an epoxy-based adhesive.

Durch Schneiden des obigen in einer vorbestimmten Länge wird ein laminierter thermoelektrischer Aufbau mit dem in Wärme aushärtbaren Harzes 16, das zwischen die ersten thermoelektrischen Aufbauten 20 und die zweiten thermoelektrischen Aufbauten 21 eingefügt ist, gebildet.By cutting the above into a predetermined length, a laminated thermoelectric structure with the thermosetting resin 16 interposed between the first thermoelectric structures 20 and the second thermoelectric structures 21 is formed.

Wenn die Oberflächenrauheit der geschnittenen Oberfläche nach dem Schneidevorgang als so groß gefunden wird, daß die Verdrahtung beeinflußt wird, die in einem späteren Zustand der Herstellung vorgesehen wird, können die geschnittenen Oberflächen durch ein Lappungsverfahren poliert werden.If the surface roughness of the cut surface after the cutting operation is found to be so great as to affect the wiring to be provided at a later stage of manufacture, the cut surfaces may be polished by a lapping process.

Dann wird ein Gold-(Au)-Film auf den gesamten geschnittenen Oberflächen des laminierten thermoelektrischen Aufbaues durch einen Vorgang einer Vakuumabscheidung, Sputtern oder stromloses Plattieren gebildet.Then, a gold (Au) film is formed on the entire cut surfaces of the laminated thermoelectric structure by a process of vacuum deposition, sputtering or electroless plating.

Dann werden Verdrahtungselektroden 25 durch Bemustern des Gold- Filmes unter Benutzung einer photolithographischen Technik auf die gleiche Weise gebildet, wie in Fig. 8 der ersten Ausführungsform gezeigt ist.Then, wiring electrodes 25 are formed by patterning the gold film using a photolithographic technique in the same manner as shown in Fig. 8 of the first embodiment.

Darauf folgend wird ein Thermoelement 30 durch Verbinden mit den Verdrahtungselektroden 25 der Enden von einem der ersten thermoelektrischen Aufbauten 15 mit dem Ende von einem der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 17 gebildet, die sich benachbart zueinander auf der geschnittenen Oberfläche des laminierten thermoelektrischen Aufbaues zeigen.Subsequently, a thermocouple 30 is formed by connecting the wiring electrodes 25 of the ends of one of the first thermoelectric assemblies 15 to the end of one of the second thermoelectric assemblies 17, which are shown adjacent to each other on the cut surface of the laminated thermoelectric assembly.

Schließlich wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Verbinden aller Thermoelemente 30 zusammen in Reihe hergestellt.Finally, a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples 30 together in series.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als durch die herkömmliche Verfahren gebildet werden. Zusätzlich kann die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes (Thermoelement) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the fourth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than the conventional method. In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element (thermocouple) can be controlled with ease.

Weiter wird bei der vierten Ausführungsform ein Titanfilm, der als Elektrodenfilm 11 dient, nicht auf einem Substrat 10' entgegengesetzt zu der ersten bis dritten Ausführungsform gebildet. Daher weist das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform einen zusätzlichen Vorteil einer weiteren Vereinfachung seines Herstellungsvorganges auf.Further, in the fourth embodiment, a titanium film serving as an electrode film 11 is not formed on a substrate 10' unlike the first to third embodiments. Therefore, the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the fourth embodiment has an additional advantage of further simplifying its manufacturing process.

[Fünfte Ausführungsform][Fifth embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der fünften Ausführungsform, die die Er findung ausführt, wird im folgenden hierunter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15, Fig. 17 bis 19 und Fig. 8 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the fifth embodiment, which The method of carrying out the invention will be described below with reference to Figs. 14 and 15, Figs. 17 to 19 and Fig. 8.

Bei der fünften Ausführungsform wird auf die gleiche Weise wie in dem Fall der vorangehenden vierten Ausführungsform ein Titanblatt für ein Substrat 10' benutzt, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt ist, und die darauf folgenden Vorgänge des Beschichtens und Bemusterns mit einem lichtempfindlichen Harz 12, Beschichten der Unterseitenoberfläche des Substrates 10' mit einem Polymerfilm, Bilden von ersten thermoelektrischen Körpern 15 oder zweiten thermoelektrischen Körpern 17 und Ablösen des Polymerfilmes von der Unterseite des Substrates 10' sind die gleichen, wie sie bei der vierten Ausführungsform angewendet wurden.In the fifth embodiment, in the same manner as in the case of the foregoing fourth embodiment, a titanium sheet is used for a substrate 10' as shown in Figs. 14 and 15, and the subsequent processes of coating and patterning with a photosensitive resin 12, coating the bottom surface of the substrate 10' with a polymer film, forming first thermoelectric bodies 15 or second thermoelectric bodies 17, and peeling the polymer film from the bottom surface of the substrate 10' are the same as those employed in the fourth embodiment.

In dem nächsten Schritt wird entgegengesetzt zu dem Fall der vierten Ausführungsform ein wärmeisolierendes Blatt 18 anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes 16, wie in Fig. 19 gezeigt ist, auf einem lichtempfindlichen Harz 12 und ersten thermoelektrischen Körper 15, die auf dem Substrat 10' vorgesehen werden, gebildet. Für das wärmeisolierende Blatt 18 wird eine Glasplatte von 100 um Dicke benutzt und mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Harzes 12 und den ersten thermoelektrischen Körpern 15 durch ein Verbindungsmittel verbunden.In the next step, contrary to the case of the fourth embodiment, a heat insulating sheet 18 is formed instead of the thermosetting resin 16 as shown in Fig. 19 on a photosensitive resin 12 and first thermoelectric bodies 15 provided on the substrate 10'. For the heat insulating sheet 18, a glass plate of 100 µm thick is used and bonded to the surface of the photosensitive resin 12 and the first thermoelectric bodies 15 by a bonding agent.

Dann wird, wie in Fig. 17 gezeigt ist, das das Substrat 10' bildende Titan aufgelöst und entfernt, in dem eine 1%-ige Wasserstofffluorsäurenlösung benutzt wird, um einen ersten thermoelektrischen Aufbau zu erhalten. Weiter wird durch den gleichen Behandlungsvorgang ein zweiter thermoelektrischer Aufbau 21 gebildet.Then, as shown in Fig. 17, the titanium constituting the substrate 10' is dissolved and removed using a 1% hydrofluoric acid solution to obtain a first thermoelectric structure. Further, a second thermoelectric structure 21 is formed by the same treatment process.

Darauf folgend werden, wie in Fig. 18 gezeigt ist, abwechselnde Schichten der ersten thermoelektrischen Aufbauten 20 und der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 21 gebildet, miteinander verbunden und geschnitten, wodurch ein laminierter thermoelektrischer Aufbau gebildet wird.Subsequently, as shown in Fig. 18, alternating layers of the first thermoelectric structures 20 and the second thermoelectric structures 21 are formed, bonded together and cut, thereby forming a laminated thermoelectric structure.

Dann wird ein Gold-(Au)-Film auf den gesamten geschnittenen Oberflächen des laminierten thermoelektrischen Aufbaues durch einen Vorgang des Vakuumabscheidens, Sputtern oder stromlosen Plattierens gebildet, und Verdrahtungselektroden 25 werden durch Bemustern des Gold-(Au)-Filmes unter Benutzung einer photolithographischen Technik auf die gleiche Weise wie sie in Fig. 8 in der ersten Ausführungsform gezeigt wurde, gebildet, wodurch eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit gebildet wird.Then, a gold (Au) film is formed on the entire cut surfaces of the laminated thermoelectric structure by a process of vacuum deposition, sputtering or electroless plating, and wiring electrodes 25 are formed by patterning the gold (Au) film using a photolithography technique in the same manner as shown in Fig. 8 in the first embodiment, thereby forming a thermoelectric power generation unit.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als bei den herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich kann die Form und die Zusammensetzung des thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes (Thermoelement) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the fourth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than the conventional methods. In addition, the shape and composition of the thermoelectric power generation element (thermocouple) can be controlled with ease.

Bei der fünften Ausführungsform, bei der ein wärmeisolierendes Blatt 18 zwischen die ersten thermoelektrischen Aufbauten 20 und die zweiten thermoelektrischen Aufbauten 21 eingefügt wird, kann dieses Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung auf Substrate mit größeren Abmessungen angewendet wird.In the fifth embodiment in which a heat insulating sheet 18 is inserted between the first thermoelectric structures 20 and the second thermoelectric structures 21, this manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention can be applied to substrates having larger dimensions.

[Sechste Ausführungsform}[Sixth Embodiment}

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15, Fig. 20 und Fig. 11 bis 13 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the sixth embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 14 and 15, Fig. 20 and Figs. 11 to 13.

Bei der sechsten Ausführungsform wird auf die gleiche Weise wie bei der zuvor erwähnten vierten Ausführungsform ein Titanblatt für ein Substrat 10' benutzt, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt ist, und die darauf folgenden Vorgänge des Beschichtens und Be musterns mit einem lichtempfindlichen Harz 12, Beschichtens der Unterseitenoberfläche des Substrates 10' mit einem Polymerfilm, Bildens erster thermoelektrischer Körper 15 oder zweiter thermoelektrischer Körper 17, Abziehens des Polymerfilmes von der Unterseite des Substrates 10' und Wärmebehandlung sind die gleichen, wie sie bei der vierte Ausführungsform angewendet werden.In the sixth embodiment, in the same manner as in the aforementioned fourth embodiment, a titanium sheet is used for a substrate 10' as shown in Figs. 14 and 15, and the subsequent processes of coating and coating patterning with a photosensitive resin 12, coating the bottom surface of the substrate 10' with a polymer film, forming first thermoelectric body 15 or second thermoelectric body 17, peeling the polymer film from the bottom surface of the substrate 10' and heat treatment are the same as those applied to the fourth embodiment.

Wie in Fig. 20 gezeigt ist werden ein Substrat, auf dem erste thermoelektrische Körper 15 gebildet werden, und das andere Substrat, auf dem zweite thermoelektrische Körper 17 gebildet werden, miteinander verbunden, wobei ein wärmeisolierendes Blatt dazwischen eingefügt wird; eine Glasplatte von 100 um in Dicke für das wärmeisolierende Blatt 18 benutzt.As shown in Fig. 20, one substrate on which first thermoelectric bodies 15 are formed and the other substrate on which second thermoelectric bodies 17 are formed are bonded together with a heat insulating sheet interposed therebetween; a glass plate of 100 µm in thickness is used for the heat insulating sheet 18.

Das Substrat 10' mit den ersten thermoelektrischen Körpern 15, die darauf gebildet sind, wird mit dem anderen Substrat 10' mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17, die darauf gebildet sind, derart verbunden, daß die Oberflächen der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 den entsprechenden Oberflächen des wärmeisolierenden Blattes 18 zugewandt sind, wobei ein Klebestoff auf Epoxidbasis benutzt wird.The substrate 10' with the first thermoelectric bodies 15 formed thereon is bonded to the other substrate 10' with the second thermoelectric bodies 17 formed thereon such that the surfaces of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 face the corresponding surfaces of the heat insulating sheet 18 using an epoxy-based adhesive.

Dann wird das Substrat 10' mit den darauf gebildeten ersten thermoelektrischen Körpern 15, das mit dem anderen Substrat 10' mit den darauf gebildeten zweiten thermoelektrischen Körpern 17 verbunden ist, wobei das wärmeisolierende Blatt 18 dazwischen eingefügt ist, in eine 1%-ige Wasserstofffluorsäurenlösung eingetaucht, wodurch das Titan aufgelöst und entfernt wird, das als das Material der entsprechenden Substrate 10' benutzt wird. Somit wird ein zusammengesetzter thermoelektrischer Aufbau 23 gebildet, wie in Fig. 11 der zuvor erwähnten dritten Ausführungsform gezeigt ist.Then, the substrate 10' with the first thermoelectric bodies 15 formed thereon, which is bonded to the other substrate 10' with the second thermoelectric bodies 17 formed thereon with the heat insulating sheet 18 interposed therebetween, is immersed in a 1% hydrogen fluoric acid solution, thereby dissolving and removing titanium used as the material of the respective substrates 10'. Thus, a composite thermoelectric structure 23 is formed as shown in Fig. 11 of the aforementioned third embodiment.

In den nächsten Schritt werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist, eine Mehrzahl der zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 23 derart laminiert, daß die Schicht der ersten thermoelektrischen Körper 15 der Schicht der zweiten thermoelektrischen Körper 17 gegenüberliegt, sie werden miteinander unter Benutzung eines Klebstoffes auf Epoxidbasis verbunden und in eine vorbestimmte Länge geschnitten.In the next step, as shown in Fig. 12, a plurality of the assembled thermoelectric structures 23 are laminated such that the layer of the first thermoelectric bodies 15 is opposed to the layer of the second thermoelectric bodies 17, they are bonded together using an epoxy-based adhesive, and cut into a predetermined length.

Zu diesem Punkt sind die ersten thermoelektrischen Körper 15 nicht mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17 verbunden, da entsprechende zusammengesetzte thermoelektrische Aufbauten 23 voneinander durch den isolierenden Klebstoff auf Epoxidbasis getrennt sind, der zum Verbinden benutzt wird, obwohl dies nicht in Fig. 12 gezeigt ist.At this point, the first thermoelectric bodies 15 are not bonded to the second thermoelectric bodies 17, since respective composite thermoelectric assemblies 23 are separated from each other by the insulating epoxy-based adhesive used for bonding, although this is not shown in Fig. 12.

Wenn die Oberflächenrauheit der geschnittenen Oberflächen eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes, das wie oben beschrieben gebildet wurde, so groß ist, daß die Verdrahtung beeinflußt wird, die in einer späteren Stufe der Verarbeitung vorgesehen wird, können die geschnittenen Oberflächen der Elemente durch ein Lappungsverfahren poliert werden.When the surface roughness of the cut surfaces of a thermoelectric power generating element formed as described above is so large as to affect the wiring provided at a later stage of processing, the cut surfaces of the elements may be polished by a lapping process.

Dann wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist, ein Gold-(Au)-Film auf den gesamten geschnittenen Oberflächen des Elementes durch ein Verfahren der Vakuumabscheidung, des Sputterns oder stromlosen Plattierens gebildet; Verdrahtungselektroden 25 werden durch Bemustern des Gold-Filmes unter Benutzung einer photolithographischen Technik gebildet.Then, as shown in Fig. 13, a gold (Au) film is formed on the entire cut surfaces of the element by a method of vacuum deposition, sputtering or electroless plating; wiring electrodes 25 are formed by patterning the gold film using a photolithographic technique.

Darauf folgend wird ein Thermoelement 30 durch Verbinden durch die Verdrahtungselektroden 25 der Enden von einem der ersten thermoelektrischen Aufbauten 15 mit dem Ende von einem der zweiten thermoelektrischen Aufbauten 17 hergestellt, die sich benachbart zueinander auf den geschnittenen Oberflächen des Elementes zeigen. Schließlich wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Verbinden aller Thermoelemente 30 zusammen in Reihe hergestellt.Subsequently, a thermocouple 30 is manufactured by connecting through the wiring electrodes 25 the ends of one of the first thermoelectric assemblies 15 to the end of one of the second thermoelectric assemblies 17, which face adjacent to each other on the cut surfaces of the element. Finally, a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples 30 together in series.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der sechsten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als bei den herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. Zusätzlich kann die Form und Zusammensetzung des thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes (Thermoelement) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the sixth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be manufactured with higher accuracy than the conventional methods. In addition, the shape and composition of the thermoelectric power generation element (thermocouple) can be controlled with ease.

Weiterhin wird eine Zunahme der Härte der Leistungserzeugungseinheit aufgrund der Tatsache erzielt, daß das wärmeisolierende Blatt 18 zwischen die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 23 eingefügt wird, und als Resultat kann die Dicke des wärmeisolierenden Blattes 18 auf die Hälfte von dem Fall der fünften Ausführungsform verringert werden, wodurch ermöglicht wird, daß die Dicke der laminierten thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente ebenfalls verringert wird. Somit ist das Verfahren geeignet zur weiteren Miniaturisierung einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit.Furthermore, an increase in the hardness of the power generation unit is achieved due to the fact that the heat insulating sheet 18 is inserted between the respective composite thermoelectric structures 23, and as a result, the thickness of the heat insulating sheet 18 can be reduced to half of the case of the fifth embodiment, thereby enabling the thickness of the laminated thermoelectric power generation elements to also be reduced. Thus, the method is suitable for further miniaturization of a thermoelectric power generation unit.

[Siebte Ausführungsform][Seventh Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 21 bis 28 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the seventh embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 21 to 28.

Wie in Fig. 21 gezeigt ist, wird ein Kupferblatt, dessen obere Oberfläche mit einem Isolierfilm (nicht gezeigt), zum Beispiel SiO&sub2;-Film beschichtet ist, als Substrat 10 benutzt.As shown in Fig. 21, a copper sheet whose upper surface is coated with an insulating film (not shown), for example, SiO2 film, is used as the substrate 10.

Der aus SiO&sub2; gebildete Isolierfilm ist ein Film, der zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen zwei Elektrodenfilmen vorgesehen wird, die in einer späteren Stufe der Bearbeitung zu bilden sind, der durch das Kupfer des Substrates 10 verursacht würde.The insulating film formed of SiO2 is a film provided for preventing a short circuit between two electrode films to be formed in a later stage of processing, which would be caused by the copper of the substrate 10.

In dem nächsten Schritt wird ein Titanfilm von 500 nm in Dicke, der als Elektrodenfilm dient, auf der gesamten oberen Oberfläche des Substrates 10 durch ein Vakuumabscheidungsvorgang gebildet.In the next step, a titanium film of 500 nm in thickness, serving as an electrode film, is formed on the entire upper surface of the substrate 10 by a vacuum deposition process.

Dann wird Bemustern des Titanfilmes, nämlich eines Elektrodenfilmes unter Benutzung photolithographischer Techniken und Ätztechniken derart durchgeführt, daß ein ebenes Muster in der Form, die im wesentlichen Zähnen zweier Kämme ähnelt, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind, wobei jeder Zahn gegenseitig dazwischengefügt ist, erzeugt, wodurch ein erster Elektrodenfilm 31 und ein zweiter Elektrodenfilm 32 gebildet wird. Fig. 22 ist eine Draufsicht, die die Form des ebenen Musters des ersten Elektrodenfilmes 31 und des zweiten Elektrodenfilmes 32 zeigt.Then, patterning of the titanium film, namely, an electrode film, is performed using photolithographic techniques and etching techniques so as to produce a planar pattern in the shape substantially resembling teeth of two combs provided opposite to each other with each tooth mutually interposed, thereby forming a first electrode film 31 and a second electrode film 32. Fig. 22 is a plan view showing the shape of the planar pattern of the first electrode film 31 and the second electrode film 32.

Darauf folgend wird ein lichtempfindliches Harz 12 auf der gesamten Oberfläche des Substrates 10 gebildet, auf der erste Elektrodenfilm 31 und der zweite Elektrodenfilm 32 vorgesehen sind; als lichtempfindliches Harz 12 wird ein lichtempfindlicher Trockenfilm mit einer Dicke von 50 um durch einen Rollenbeschichter gebildet.Subsequently, a photosensitive resin 12 is formed on the entire surface of the substrate 10 on which the first electrode film 31 and the second electrode film 32 are provided; as the photosensitive resin 12, a photosensitive dry film having a thickness of 50 µm is formed by a roll coater.

Wie in Fig. 23 gezeigt ist, wird das lichtempfindliche Harz 12 in Lückenbereichen zwischen dem ersten Elektrodenfilm 31 und dem zweiten Elektrodenfilm 32 unter Benutzung einer photolithographischen Technik derart gebildet, daß ein Muster in der Form von Streifen hergestellt wird.As shown in Fig. 23, the photosensitive resin 12 is formed in gap portions between the first electrode film 31 and the second electrode film 32 using a photolithographic technique so that a pattern in the form of stripes is made.

Nachdem das lichtempfindliche Harz 12 gebildet ist, wird die Unterseitenoberfläche des Substrates 10 gesamt mit einem Polymerfilm auf Teflonbasis unter Benutzung eines Schleuderbeschichtungsvorganges beschichtet, obwohl dies nicht in Fig. 23 gezeigt ist.After the photosensitive resin 12 is formed, the bottom surface of the substrate 10 is entirely coated with a Teflon-based polymer film using a spin coating process, although this is not shown in Fig. 23.

Dann werden, wie in Fig. 24 gezeigt ist erste thermoelektrische Körper 15, die aus einem ersten thermoelektrischen Material ge macht sind, zuerst auf dem ersten Elektrodenfilm 31 durch Plattieren innerhalb von Öffnungen 13 des lichtempfindlichen Harzes 12 gebildet.Then, as shown in Fig. 24, first thermoelectric bodies 15 made of a first thermoelectric material are are first formed on the first electrode film 31 by plating within openings 13 of the photosensitive resin 12.

Eine Bi-Te-Se-Legierung, die ein N-Halbleiter ist, wird als das Material für die ersten thermoelektrischen Körper 15 benutzt, die auf dem ersten Elektrodenfilm 31 gebildet werden.A Bi-Te-Se alloy, which is an N-type semiconductor, is used as the material for the first thermoelectric bodies 15, which are formed on the first electrode film 31.

Ein Plattierungselektrolyt, der zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15, die aus einem N-Halbleiter gemacht sind, benutzt wird, ist eine Salpetersäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SeO&sub2; enthält.A plating electrolyte used for forming the first thermoelectric bodies 15 made of an N-type semiconductor is a nitric acid solution containing Bi(NO₃)₃, TeO₂, and SeO₂.

Die Bi-Te-Se-Legierung wird auf dem ersten Elektrodenfilm 31 innerhalb der Öffnungen 13 des lichtempfindlichen Harzes 12 durch Anlegen einer Spannung von 1 V zwischen dem ersten Elektrodenfilm 31, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.The Bi-Te-Se alloy is deposited on the first electrode film 31 within the openings 13 of the photosensitive resin 12 by applying a voltage of 1 V between the first electrode film 31 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Die Dicke der ersten thermoelektrischen Körper 15 wird durch die Menge der elektrischen Reaktionsladung gesteuert und so eingestellt, daß sie im wesentlichen die gleiche wie die des lichtempfindlichen Harzes 12, nämlich 50 um ist.The thickness of the first thermoelectric bodies 15 is controlled by the amount of the reaction electric charge and is set to be substantially the same as that of the photosensitive resin 12, namely 50 µm.

Darauf folgend werden zweite thermoelektrische Körper 17, die aus einem zweiten thermoelektrischen Material gemacht sind, auf dem zweiten Elektrodenfilm 32 innerhalb der Öffnungen 13, die in dem thermoelektrischen Harz 12 vorgesehen sind, mittels des Plattierungsvorganges gebildet.Subsequently, second thermoelectric bodies 17 made of a second thermoelectric material are formed on the second electrode film 32 within the openings 13 provided in the thermoelectric resin 12 by means of the plating process.

Eine Bi-Te-Sb-Legierung, die ein P-Halbleiter ist, wird als das Material für die zweiten thermoelektrischen Körper 20 benützt, die aus dem zweiten thermoelektrischen Material gemacht werden, die auf den zweiten Elektrodenfilm 32 gebildet werden.A Bi-Te-Sb alloy, which is a P-type semiconductor, is used as the material for the second thermoelectric bodies 20 made of the second thermoelectric material, which are formed on the second electrode film 32.

Ein Plattierungselektrolyt, der zum Bilden der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt wird, die aus einem P-Halbleiter gemacht werden, ist eine Salpetersäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SbCl&sub3; enthält.A plating electrolyte used for forming the second thermoelectric bodies 17 made of a P-type semiconductor is a nitric acid solution containing Bi(NO₃)₃, TeO₂ and SbCl₃.

Die Bi-Te-Sb-Legierung wird auf dem zweiten Elektrodenfilm 32 innerhalb der Öffnungen 13, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, durch Anlegen von 1 V zwischen den zweiten Elektrodenfilm 32, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)- Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.The Bi-Te-Sb alloy is deposited on the second electrode film 32 within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12 by applying 1 V between the second electrode film 32 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Die Dicke der zweiten thermoelektrischen Körper 17 wird durch das Maß der Menge der elektrischen Reaktionsladung so gesteuert, daß sie die gleiche wie die des Trockenfilmes ist, der das lichtempfindliche Harz 12 bildet, nämlich 50 um.The thickness of the second thermoelectric bodies 17 is controlled by the measure of the amount of the reaction electric charge so as to be the same as that of the dry film constituting the photosensitive resin 12, namely 50 µm.

Nach zweimaligen Anwenden eines Plattierungsvorganges zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 wird der auf der Unterseitenoberfläche gebildete Polymerfilm aufgelöst und entfernt durch Toluen. Danach werden die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 in einer Stickstoffatmosphäre bei 350ºC während einer Stunde wärmebehandelt.After applying a plating process twice to form the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17, the polymer film formed on the bottom surface is dissolved and removed by toluene. Thereafter, the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are heat-treated in a nitrogen atmosphere at 350°C for one hour.

Wie in Fig. 25 gezeigt ist, wird dann ein in Wärme aushärtendes Harz 16, das aus Polyimidharz besteht, auf der oberen Oberfläche der ersten thermoelektrischen Körper 15, der zweiten thermoelektrischen Körper 17 und des lichtempfindlichen Harzes 12 unter Benutzung eines Schleuderbeschichtungsvorganges gebildet.Then, as shown in Fig. 25, a thermosetting resin 16 made of polyimide resin is formed on the upper surface of the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17 and the photosensitive resin 12 using a spin coating process.

Dann wird das Polyimidharz des in Wärme aushärtenden Harzes 16 durch Anwenden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder höher ausgehärtet. Darauf folgend wird ein thermoelektrischer Aufbau mit den ersten thermoelektrischen Körpern 15, den zweiten thermoelektrischen Körpern 17 und dem lichtempfindlichen Harz 12, die von dem in Wärme aushärtenden Harz 16 bedeckt sind, das darauf gebildet ist, in eine Salpetersäurenlösung getaucht, wodurch all das Kupfer aufgelöst wird, das das Substrat 10 bildet, und dann in eine 1%-ige Wasserstofffluorsäurenlösung getaucht, die den SiO&sub2;-Film als den Isolierfilm und den Titanfilm, der den ersten Elektrodenfilm 31 und den zweiten Elektrodenfilm 32 bildet, auflöst und entfernt.Then, the polyimide resin of the thermosetting resin 16 is cured by applying a heat treatment at a temperature of 150ºC or higher. Subsequently, a thermoelectric assembly is formed including the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17 and the photosensitive resin 12 formed by the thermosetting resin 16. formed thereon is immersed in a nitric acid solution, thereby dissolving all the copper constituting the substrate 10, and then immersed in a 1% hydrogen fluoric acid solution, which dissolves and removes the SiO₂ film as the insulating film and the titanium film constituting the first electrode film 31 and the second electrode film 32.

Nach dem oben angegebenen Auflösungsvorgang verbleiben die ersten thermoelektrischen Körper 15, die zweiten thermoelektrischen Körper 17, das lichtempfindliche Harz 12 und das in Wärme aushärtende Harz 16 wie sie sind, da diese alle in Salpetersäure und Wasserstofffluorsäure unlösbar sind. Wie in Fig. 26 gezeigt ist, wird so ein thermoelektrischer Aufbau 24 gebildet.After the above-mentioned dissolving process, the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17, the photosensitive resin 12 and the thermosetting resin 16 remain as they are since they are all insoluble in nitric acid and hydrofluoric acid. As shown in Fig. 26, a thermoelectric assembly 24 is thus formed.

Dann wird eine Mehrzahl der thermoelektrischen Aufbauten 24 in mehr Schichten aufgestapelt und miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden; durch Schneiden in eine Länge, wie es gewünscht wird, wird ein laminierter thermoelektrischer Aufbau mit der Mehrzahl der thermoelektrischen Aufbauten 24, die in mehr Schichten aufgestapelt sind, hergestellt, wie in Fig. 27 gezeigt ist.Then, a plurality of the thermoelectric assemblies 24 are stacked in multiple layers and bonded together by an epoxy-based adhesive; by cutting into a length as desired, a laminated thermoelectric assembly having the plurality of the thermoelectric assemblies 24 stacked in multiple layers is manufactured as shown in Fig. 27.

Wenn die Oberflächenrauheit der geschnittenen Endoberfläche eines Elementes als so groß gefunden wird, daß die Verdrahtung beeinflußt wird, die in einer späteren Stufe der Herstellung vorgesehen wird, können die geschnittenen Oberflächen durch ein Lappungsverfahren poliert werden.If the surface roughness of the cut end surface of an element is found to be so great as to affect the wiring to be provided at a later stage of manufacture, the cut surfaces may be polished by a lapping process.

Wie in Fig. 28 gezeigt ist, wird ein Gold-(Au)-Film auf der gesamten geschnittenen Endoberfläche des laminierten thermoelektrischen Aufbaues durch einen Vorgang des Vakuumabscheidens, Sputterns oder stromlosen Plattierens gebildet.As shown in Fig. 28, a gold (Au) film is formed on the entire cut end surface of the laminated thermoelectric structure by a process of vacuum deposition, sputtering or electroless plating.

Dann werden Verdrahtungselektroden 25 durch Bemustern des Gold- Filmes unter Benutzung photolithographischer Techniken gebildet.Then, wiring electrodes 25 are formed by patterning the gold film using photolithographic techniques.

Darauf folgend wird ein Thermoelement 30·durch Verbinden mit den Verdrahtungselementen 25 des Endes entsprechender erster thermoelektrischer Körper 15 mit dem Ende entsprechender zweiter thermoelektrischer Körper 17 gebildet, die sich benachbart zueinander auf der geschnittenen Endoberfläche eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes zeigen.Subsequently, a thermocouple 30 is formed by connecting the wiring elements 25 of the end of the corresponding first thermoelectric body 15 to the end of the corresponding second thermoelectric body 17 which are adjacent to each other on the cut end surface of a thermoelectric power generating element.

Schließlich wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Verbinden aller Thermoelemente 30 zusammen in Reihe hergestellt.Finally, a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples 30 together in series.

In Fig. 28 wird ein Thermoelement durch Verbinden eines des ersten thermoelektrischen Körpers 15 mit einem der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benachbart zueinander innerhalb eines thermoelektrischen Aufbaues 24 gebildet; ebenfalls kann ein Thermoelement durch Verbinden einer der thermoelektrischen Aufbauten 24 mit einem anderen thermoelektrischen Aufbau 24 benachbart zu dem ersteren gebildet werden.In Fig. 28, a thermocouple is formed by connecting one of the first thermoelectric body 15 and one of the second thermoelectric bodies 17 adjacent to each other within a thermoelectric assembly 24; also, a thermocouple may be formed by connecting one of the thermoelectric assemblies 24 to another thermoelectric assembly 24 adjacent to the former.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der siebten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als bei den herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes (Thermoelement) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the seventh embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than the conventional methods. In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element (thermocouple) can be controlled with ease.

[Achte Ausführungsform][Eighth Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 21 bis 24 und Fig. 26 bis 29 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the eighth embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 21 to 24 and Figs. 26 to 29.

Bei der achten Ausführungsform ist das Herstellungsverfahren das gleiche wie bei der siebten Ausführungsform, wie in Fig. 21 bis 24 gezeigt ist, in dem Maß, daß ein mit einem Isolierschicht aus SiO&sub2; beschichtetes Kupferblatt als Substrat 10 benutzt wird, und die folgenden Schritte der Bearbeitung weisen auf: Bilden eines aus Titan gemachten Elektrodenfilmes auf dem Substrat 10; Bilden eines ersten Elektrodenfilmes 31 und eines zweiten Elektrodenfilmes 32 durch Bemustern; Beschichten mit einem lichtempfindlichen Harz 12 und Bemustern desselben; Beschichten der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 mit einem Polymerfilm; Bilden erster thermoelektrischer Körper 15 und zweiter thermoelektrischer Körper 17; Ablösen des Polymerfilmes von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10; und Anwenden einer Wärmebehandlung.In the eighth embodiment, the manufacturing process is the same as that of the seventh embodiment, as shown in Fig. 21 to 24, in that a copper sheet coated with an insulating layer of SiO₂ is used as the substrate 10, and the steps of processing include: forming an electrode film made of titanium on the substrate 10; forming a first electrode film 31 and a second electrode film 32 by patterning; coating with a photosensitive resin 12 and patterning the same; coating the bottom surface of the substrate 10 with a polymer film; forming first thermoelectric bodies 15 and second thermoelectric bodies 17; peeling the polymer film from the bottom surface of the substrate 10; and applying a heat treatment.

Der nächste Schritt unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform dadurch, daß wie in Fig. 29 gezeigt ist, ein wärmeisolierendes Blatt 18 anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes 16 benutzt wird. Eine Glasplatte von 100 um in Dicke wird als das wärmeisolierende Blatt 18 benutzt und mit den oberen Oberflächen der ersten thermoelektrischen Körper 15 der zweiten thermoelektrischen Körper 17 und dem lichtempfindlichen Harz 12 verbunden.The next step differs from the seventh embodiment in that, as shown in Fig. 29, a heat insulating sheet 18 is used instead of the thermosetting resin 16. A glass plate of 100 µm in thickness is used as the heat insulating sheet 18 and bonded to the upper surfaces of the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17 and the photosensitive resin 12.

Dann wird, wie in Fig. 26 gezeigt ist, ein thermoelektrischer Aufbau 24 (wobei das wärmeisolierende Blatt 18 anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes 16 benutzt wird) durch Auflösen des Kupfers, das das Substrat 10 bildet, in einer Salpetersäurenlösung und durch weiteres Auflösen und Entfernen des SiO&sub2;-Filmes als der Isolierfilm, des ersten Elektrodenfilmes 31 und des zweiten Elektrodenfilmes 32 in einer 1%-igen Wasserstofffluorsäurenlösung gebildet.Then, as shown in Fig. 26, a thermoelectric assembly 24 (using the heat insulating sheet 18 instead of the thermosetting resin 16) is formed by dissolving the copper constituting the substrate 10 in a nitric acid solution and further dissolving and removing the SiO2 film as the insulating film, the first electrode film 31 and the second electrode film 32 in a 1% hydrogen fluoride acid solution.

Darauf folgend wird eine Mehrzahl der thermoelektrischen Aufbauten 24 in mehr Schichten nacheinander gestapelt, miteinander verbunden und geschnitten; durch Bilden von Verdrahtungselektroden 25 auf den geschnittenen Endflächen wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit hergestellt.Subsequently, a plurality of the thermoelectric structures 24 are stacked in multiple layers one after another, bonded together, and cut; by forming wiring electrodes 25 on the cut end faces, a thermoelectric power generation unit is manufactured.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der achten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als bei den herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselemantes (Thermoelement) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the eighth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than the conventional methods. In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element (thermocouple) can be controlled with ease.

Weiter kann das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Erzeugungseinheit gemäß der achten Ausführungsform auf ein Substrat größerer Abmessung angewendet werden, da die thermoelektrischen Aufbauten 24 die wärmeisolierenden Platten 28 dazwischen eingefügt aufweisen.Furthermore, the manufacturing method of a thermoelectric generation unit according to the eighth embodiment can be applied to a substrate of larger size since the thermoelectric structures 24 have the heat insulating plates 28 interposed therebetween.

[Neunte Ausführungsform][Ninth Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der neunten Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 22 bis 25 und Fig. 30 bis 32 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the ninth embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 22 to 25 and Figs. 30 to 32.

Bei der neunten Ausführungsform ist das Herstellungsverfahren das gleiche wie das der in Fig. 22 bis 25 gezeigten siebten Ausführungsform in dem Ausmaß, daß eine mit einem Isolierfilm aus SiO&sub2; beschichtete Kupferplatte für ein Substrat 10 benutzt wird, und die darauf folgenden Schritte der Bearbeitung weisen auf: Bilden eines Elektrodenfilmes aus Titan auf dem Substrat 10, Bilden eines ersten Elektrodenfilmes 31 und eines zweiten Elektrodenfilmes 32 durch Bemustern, Beschichten mit einem lichtempfindlichen Harz 12 und Bemustern davon, Beschichten der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 mit einem Polymerfilm, Bilden erster thermoelektrischer Körper 15 und zweiter thermoelektrischer Körper 17, Abziehen des Polymerfilmes von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 und Anwenden einer Wärmebehandlung,In the ninth embodiment, the manufacturing method is the same as that of the seventh embodiment shown in Figs. 22 to 25 to the extent that a copper plate coated with an insulating film of SiO₂ is used for a substrate 10, and the subsequent processing steps include: forming an electrode film made of titanium on the substrate 10, forming a first electrode film 31 and a second electrode film 32 by patterning, coating with a photosensitive resin 12 and patterning it, coating the bottom surface of the substrate 10 with a polymer film, forming first thermoelectric bodies 15 and second thermoelectric bodies 17, peeling off the polymer film from the bottom surface of the substrate 10 and applying a heat treatment,

Bei dem nächsten Schritt werden zwei Substrate, von denen jedes die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 darauf gebildet aufweisen, miteinander verbunden, wobei ein wärmeisolierendes Blatt 18 dazwischen eingefügt wird. Für das wärmeisolierende Blatt 18 wird eine Glasplatte von 100 um Dicke benutzt.In the next step, two substrates each having the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 formed thereon are bonded together with a heat insulating sheet 18 interposed therebetween. For the heat insulating sheet 18, a glass plate of 100 µm in thickness is used.

Die zwei Substrate, auf denen die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 gebildet sind, werden miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis durch Vorsehen der entsprechenden Substrate derart gebildet, daß die Oberfläche, auf der die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 gebildet sind, eines jeden Substrates dem wärmeisolierenden Blatt 18 zugewandt sind.The two substrates on which the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are formed are bonded to each other by an epoxy-based adhesive by providing the respective substrates such that the surface on which the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are formed of each substrate faces the heat insulating sheet 18.

Darauf folgend wird ein zusammengesetzter thermoelektrischer Aufbau 25 als thermoelektrische Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17, die darauf gebildet sind, die miteinander verbunden sind, wobei das wärmeisolierende Blatt 18 dazwischen eingefügt ist, gebildet, und danach werden nach Auflösen des Isolierfilmes aus SiO&sub2; und des Titans; das den ersten Elektrodenfilm 21 und den zweiten Elektrodenfilm 32 bildet, die zwei Substrate in eine 1%-ige Wasserstofffluorsäurenlösung getaucht.Subsequently, a composite thermoelectric structure 25 as the thermoelectric body 15 and the second thermoelectric bodies 17 formed thereon, which are bonded together with the heat insulating sheet 18 interposed therebetween, is formed, and thereafter, after dissolving the insulating film of SiO₂ and the titanium constituting the first electrode film 21 and the second electrode film 32, the two substrates are immersed in a 1% hydrogen fluoric acid solution.

Darauf folgend wird, wie in Fig. 32 gezeigt ist, eine Mehrzahl der zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 26 in mehr Schichten aufeinander gestapelt, miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden und in eine gewünschte Länge geschnitten.Subsequently, as shown in Fig. 32, a plurality of the assembled thermoelectric assemblies 26 are stacked in multiple layers, bonded together by an epoxy-based adhesive, and cut into a desired length.

Zu diesem Zeitpunkt sind die ersten thermoelektrischen Körper 15 nicht mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17 verbunden, da die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 26 voneinander mittels des isolierenden Klebstoff auf Epoxidbasis getrennt sind, der zum Verbinden benutzt wird, obwohl dies nicht in Fig. 32 gezeigt ist.At this time, the first thermoelectric bodies 15 are not connected to the second thermoelectric bodies 17, since the corresponding assembled thermoelectric structures 26 are separated from each other by means of the insulating adhesive on Epoxy base used for bonding, although this is not shown in Fig. 32.

Wenn eine Oberflächenrauheit der geschnittenen Oberflächen des thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes, das wie oben beschrieben gebildet ist, so groß ist, daß die Verdrahtung beeinflußt wird, die in einer späteren Stufe der Bearbeitung vorgesehen wird, können die geschnittenen Oberflächen des Elementes durch ein Lappungsverfahren poliert werden.When a surface roughness of the cut surfaces of the thermoelectric power generating element formed as described above is so large as to affect the wiring provided in a later stage of processing, the cut surfaces of the element may be polished by a lapping process.

Wie in Fig. 28 gezeigt ist, wird ein Gold-(Au)-Film auf den gesamten geschnittenen Oberflächen des Elementes durch einen Vorgang der Vakuumabscheidung, des Sputterns oder stromlosen Plattierens gebildet; Verdrahtungselektroden 25 werden durch Bemustern des Gold-Filmes unter Benutzung von photolithographischen Techniken gebildet.As shown in Fig. 28, a gold (Au) film is formed on the entire cut surfaces of the element by a process of vacuum deposition, sputtering or electroless plating; wiring electrodes 25 are formed by patterning the gold film using photolithographic techniques.

Ein Thermoelement 30 wird durch Verbinden der entsprechenden ersten thermoelektrischen Körper 15 mit den entsprechenden thermoelektrischen Körpern 17, die auf der geschnittenen Oberfläche benachbart zueinander erscheinen, durch die Verdrahtungselektroden 25 hergestellt.A thermocouple 30 is manufactured by connecting the respective first thermoelectric bodies 15 to the respective thermoelectric bodies 17 appearing adjacent to each other on the cut surface through the wiring electrodes 25.

Durch Verbinden der Thermoelemente 30 zusammen in Reihe wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit hergestellt.By connecting the thermocouples 30 together in series, a thermoelectric power generation unit is manufactured.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der neunten Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als bei den herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the ninth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than the conventional methods. In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element can be controlled with ease.

Weiterhin wird eine Zunahme der Härte einer Leistungserzeugungseinheit aufgrund der Tatsache erzielt, daß das wärmeisolierende Blatt 18 zwischen die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 26 eingefügt werden, und als Resultat kann die Dicke des wärmeisolierenden Blattes 18 halbiert werden im Vergleich mit demselben in dem Fall der achten Ausführungsform, wodurch die Dicke der laminierten thermoelektrischen Leistungserzeugungselemente verringert werden kann. Somit ist dieses Verfahren geeignet zur weiteren Miniaturisierung einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit.Furthermore, an increase in the hardness of a power generation unit is achieved due to the fact that the heat insulating Sheet 18 can be inserted between the respective assembled thermoelectric structures 26, and as a result, the thickness of the heat insulating sheet 18 can be halved as compared with that in the case of the eighth embodiment, whereby the thickness of the laminated thermoelectric power generation elements can be reduced. Thus, this method is suitable for further miniaturization of a thermoelectric power generation unit.

[Zehnte Ausführungsform][Tenth Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der zehnten Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 21 bis 25 und Fig. 33 und 34 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the tenth embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 21 to 25 and Figs. 33 and 34.

Wie in Fig. 21 gezeigt ist, wird ein Kupferblatt, dessen obere Oberfläche mit einem Isolierfilm, zum Beispiel einem SiO&sub2;-Film beschichtet ist, für ein Substrat 10 benutzt.As shown in Fig. 21, a copper sheet whose upper surface is coated with an insulating film, for example, a SiO₂ film, is used for a substrate 10.

Der aus SiO&sub2; hergestellte Isolierfilm ist ein Film, der zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen zwei Elektrodenfilmen vorgesehen ist, die während eines späteren Schrittes der Bearbeitung zu bilden sind, der durch das Kupfer in dem Substrat 10 verursacht würde.The insulating film made of SiO2 is a film intended to prevent a short circuit between two electrode films to be formed during a later step of processing, which would be caused by the copper in the substrate 10.

In dem nächsten Schritt werden ein erster Elektrodenfilm 31 und ein zweiter Elektrodenfilm 32 auf der gesamten oberen Oberfläche des Substrates 10 durch Abscheiden eines Titanfilmes in einer Dicke von 500 nm durch einen Vakuumabscheidungsvorgang gebildet.In the next step, a first electrode film 31 and a second electrode film 32 are formed on the entire upper surface of the substrate 10 by depositing a titanium film in a thickness of 500 nm by a vacuum deposition process.

Eine Bemusterung wird in dem Titanfilm unter Benutzung photolithographischer Techniken und Ätztechniken derart hergestellt, daß ein ebenes Muster in der Form erzeugt wird, das im wesentlichen den Zähnen zweiter Kämme ähnelt, die aneinander gegenüberliegend angeordnet sind und deren Zähne zwischen einander vorge sehen sind, wodurch der erste Elektrodenfilm 31 und der zweite Elektrodenfilm 32 gebildet werden.A pattern is formed in the titanium film using photolithographic techniques and etching techniques to produce a planar pattern in shape substantially similar to the teeth of two combs arranged opposite each other and having their teeth interposed between each other. are seen, whereby the first electrode film 31 and the second electrode film 32 are formed.

Fig. 22 ist eine Draufsicht, die die Form des ebenen Musters des ersten Elektrodenfilmes 31 und des zweiten Elektrodenfilmes 32 zeigt; das Muster in der Form, die im wesentlichen -den Zähnen der Kämme ähnelt, die einander zugewandt sind, wird so gebildet, daß ein Lückenbereich zwischen dem ersten Elektrodenfilm 31 und dem zweiten Elektrodenfilm 32 erzeugt wird.Fig. 22 is a plan view showing the shape of the planar pattern of the first electrode film 31 and the second electrode film 32; the pattern in the shape substantially resembling the teeth of the combs facing each other is formed so that a gap portion is created between the first electrode film 31 and the second electrode film 32.

Darauf folgend wird ein lichtempfindliches Harz 12 auf der gesamten Oberfläche des Substrates 10 gebildet, auf der der erste Elektrodenfilm 31 und der zweite Elektrodenfilm 32 vorgesehen sind; als das lichtempfindliche Harz 12 wird ein lichtempfindlicher Trockenfilm mit einer Dicke von 50 um durch einen Rollenbeschichter gebildet.Subsequently, a photosensitive resin 12 is formed on the entire surface of the substrate 10 on which the first electrode film 31 and the second electrode film 32 are provided; as the photosensitive resin 12, a photosensitive dry film having a thickness of 50 µm is formed by a roll coater.

Wie in Fig. 23 gezeigt ist, wird das lichtempfindliche Harz 12 in dem Lückenbereich zwischen dem ersten Elektrodenfilm 31 und dem zweiten Elektrodenfilm 32 gebildet, wobei die photolithographischen Techniken derart benutzt werden, daß das Bemustern in der Form von Streifen durchgeführt wird.As shown in Fig. 23, the photosensitive resin 12 is formed in the gap region between the first electrode film 31 and the second electrode film 32 using the photolithographic techniques such that patterning is performed in the form of stripes.

Nachdem das lichtempfindliche Harz 12 gebildet ist, wird die Unterseitenoberfläche des Substrates 10 insgesamt mit einem Polymerfilm auf Teflonbasis unter Benutzung eines Schleuderbeschichtungsvorganges beschichtet, obwohl dies nicht in Fig. 23 gezeigt ist.After the photosensitive resin 12 is formed, the bottom surface of the substrate 10 is coated entirely with a Teflon-based polymer film using a spin coating process, although this is not shown in Fig. 23.

Darauf folgend werden erste thermoelektrische Körper 15, die aus einem ersten thermoelektrischen Material gebildet sind, mittels Plattierung auf dem ersten Elektrodenfilm 31 innerhalb der Öffnungen des lichtempfindlichen Harzes 12 gebildet, wie in Fig. 25 gezeigt ist.Subsequently, first thermoelectric bodies 15 made of a first thermoelectric material are formed by plating on the first electrode film 31 within the openings of the photosensitive resin 12, as shown in Fig. 25.

Eine Bi-Te-Se-Legierung, die ein N-Halbleiter ist, wird als das Material für die ersten thermoelektrischen Körper 15 benutzt, die auf dem ersten Elektrodenfilm 31 gebildet werden.A Bi-Te-Se alloy, which is an N-type semiconductor, is used as the material for the first thermoelectric bodies 15, which are formed on the first electrode film 31.

Ein Plattierungselektrolyt, der zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 benutzt wird, die aus einem N-Halbleiter hergestellt sind, ist eine Salpetersäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SeO&sub2; enthält. Die Bi-Te-Se-Legierung wird auf dem ersten Elektrodenfilm 31 innerhalb der Öffnungen des lichtempfindlichen Harzes 12 durch Anlegen einer Spannung von 1 V zwischen dem ersten Elektrodenfilm 31, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.A plating electrolyte used for forming the first thermoelectric bodies 15 made of an N-type semiconductor is a nitric acid solution containing Bi(NO3)3, TeO2 and SeO2. The Bi-Te-Se alloy is deposited on the first electrode film 31 within the openings of the photosensitive resin 12 by applying a voltage of 1 V between the first electrode film 31 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Die Dicke der ersten thermoelektrischen Körper 15 wird durch die Menge der elektrischen Reaktionsladung gesteuert und so eingestellt, daß sie im wesentlichen die gleiche wie die des lichtempfindlichen Harzes 12, nämlich 50 um ist.The thickness of the first thermoelectric bodies 15 is controlled by the amount of the reaction electric charge and is set to be substantially the same as that of the photosensitive resin 12, namely 50 µm.

Darauf folgend werden zweite thermoelektrische Körper 17, die aus einem zweiten thermoelektrischen Material hergestellt sind, auf einem zweiten Elektrodenfilm 32 mittels eines Plattierungsvorganges gebildet.Subsequently, second thermoelectric bodies 17 made of a second thermoelectric material are formed on a second electrode film 32 by means of a plating process.

Eine Bi-Te-Sb-Legierung, die ein P-Halbleiter ist, wird als das Material für die zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt.A Bi-Te-Sb alloy, which is a P-type semiconductor, is used as the material for the second thermoelectric bodies 17.

Ein Plattierungselektrolyt, der zum Bilden der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt wird, die aus einem P-Halbleiter hergestellt sind, ist eine Salpetersäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SbCl&sub3; enthält; die Bi-Te-Sb-Legierung wird auf den zweiten Elektrodenfilm 32 innerhalb der Öffnungen 13, die in dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen sind, durch Anlegen von 1 V zwischen dem zweiten Elektrodenfilm 32, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.A plating electrolyte used for forming the second thermoelectric bodies 17 made of a P-type semiconductor is a nitric acid solution containing Bi(NO3)3, TeO2 and SbCl3; the Bi-Te-Sb alloy is deposited on the second electrode film 32 within the openings 13 provided in the photosensitive resin 12 by applying 1 V between the second electrode film 32 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Die Dicke des zweiten Elektrodenfilmes 32 wird durch Messen der Menge der elektrischen Reaktionsladung so gesteuert, daß sie im wesentlichen die gleiche wie die des lichtempfindlichen Harzes 12, nämlich 50 um ist.The thickness of the second electrode film 32 is controlled by measuring the amount of the reaction electric charge to be substantially the same as that of the photosensitive resin 12, namely 50 µm.

Nach zweimaligem Anwenden eines Plattierungsvorganges zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 wird der auf der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 gebildete Polymerfilm aufgelöst und entfernt durch Toluen. Danach werden die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 in einer Stickstoffatmosphäre bei 350ºC während einer Stunde wärmebehandelt.After applying a plating process twice to form the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17, the polymer film formed on the bottom surface of the substrate 10 is dissolved and removed by toluene. Thereafter, the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are heat-treated in a nitrogen atmosphere at 350°C for one hour.

Wie in Fig. 25 gezeigt ist, wird dann ein in Wärme aushärtendes Harz 16, das aus Polyimidharz besteht, auf der oberen Oberfläche der ersten thermoelektrischen Körper 15, der zweiten thermoelektrischen Körper 17 und dem lichtempfindlichen Harz 12 unter Benutzung eines Schleuderbeschichtungsverfahrens gebildet.Then, as shown in Fig. 25, a thermosetting resin 16 made of polyimide resin is formed on the upper surface of the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17 and the photosensitive resin 12 using a spin coating method.

Dann wird das Polyimidharz des in Wärme aushärtenden Harzes 16 durch Anwenden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150ºC oder höher ausgehärtet.Then, the polyimide resin of the thermosetting resin 16 is cured by applying a heat treatment at a temperature of 150°C or higher.

Das gesamte Kupfer, das das Substrat 10 bildet, wird durch Eintauchen eines gesamten Körpers eines thermoelektrischen Aufbaues, der so gebildet ist, in eine Salpetersäurenlösung aufgelöst.All of the copper forming the substrate 10 is dissolved by immersing an entire body of a thermoelectric assembly thus formed in a nitric acid solution.

Nach dem Vorgang des Auflösens des Substrates 10 verbleiben die ersten thermoelektrischen Körper 15, die zweiten thermoelektrischen Körper 17, das lichtempfindliche Harz 12 und das in Wärme aushärtende Harz 16 wie sie sind, da sie alle in der Salpetersäurenlösung unlöslich sind.After the process of dissolving the substrate 10, the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17, the photosensitive resin 12 and the thermosetting resin 16 remain as they are, since they are all insoluble in the nitric acid solution.

Darauf folgend werden der aus dem SiO&sub2;-Film bestehende Isolierfilm und der erste Elektrodenfilm 31 und der zweite Elektrodenfilm 32, die beide aus dem Titanfilm bestehen, wobei alle er wähnten Filme bis jetzt geblieben sind, aufgelöst und entfernt unter Benutzung einer Wasserstofffluorsäure so, daß eine Plattierungsinitiierungsoberfläche 33 der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 offengelegt wird, wie in Fig. 33 gezeigt ist.Subsequently, the insulating film consisting of the SiO₂ film and the first electrode film 31 and the second electrode film 32, both consisting of the titanium film, are mentioned films remained until now are dissolved and removed using a hydrogen fluoride acid so that a plating initiation surface 33 of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 is exposed as shown in Fig. 33.

Dann wird ein Gold-(Au)-Film auf der Plattierungsinitiierungsoberfläche 33 durch den Vakuumabscheidungsvorgang gebildet, und eine Bemusterung wird auf dem Gold-Film durch den photolithographischen Vorgang und den Ätzvorgang derart vorgesehen, daß Verdrahtungselektroden 35 auf solche Weise gebildet werden, daß sie einen der ersten thermoelektrischen Körper 15 mit einem der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benachbart zu dem ersteren abwechselnd verbinden, wodurch ein Thermoelement 30' gebildet wird. Durch die oben beschriebenen Behandlungen und Vorgänge wird ein thermoelektrischer Aufbau 27 mit vielen Thermoelementen gebildet.Then, a gold (Au) film is formed on the plating initiation surface 33 by the vacuum deposition process, and patterning is provided on the gold film by the photolithographic process and the etching process so that wiring electrodes 35 are formed in such a manner as to alternately connect one of the first thermoelectric bodies 15 to one of the second thermoelectric bodies 17 adjacent to the former, thereby forming a thermocouple 30'. Through the above-described treatments and processes, a thermoelectric assembly 27 having many thermocouples is formed.

Danach werden eine Mehrzahl von thermoelektrischen Aufbauten 27 in Vielschichten aufgestapelt und miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden.Thereafter, a plurality of thermoelectric structures 27 are stacked in multilayers and bonded together by an epoxy-based adhesive.

Schließlich wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Verbinden aller der Thermoelemente 30' zusammen in Reihe hergestellt.Finally, a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all of the thermocouples 30' together in series.

Durch dieses Herstellungsverfahren kann eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit gemäß der zehnten Ausführungsform, eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als durch die herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes (Thermoelement) mit Leichtigkeit gesteuert werden.By this manufacturing method, a thermoelectric power generation unit according to the tenth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than by the conventional methods. In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element (thermocouple) can be controlled with ease.

[Elfte Ausführungsform][Eleventh embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 33, 34 und andere beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the eleventh embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 33, 34 and others.

Das Herstellungsverfahren gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung ist das gleiche wie das der zehnten Ausführungsform in dem Ausmaß, daß ein Kupferblatt, dessen obere Oberfläche mit einem aus SiO&sub2; hergestellten Isolierfilm beschichtet ist, für ein Substrat 10 benutzt wird und die folgenden Schritte der Bearbeitung aufweisen Bilden eines Elektrodenfilms aus Titan, Bilden eines ersten Elektrodenfilmes 31 und eine zweiten Elektrodenfilmes 32 durch Bemustern; Beschichten mit einem lichtempfindlichen Harz 12 und Bemustern darin, Beschichten der Unterseitenoberfläche eines Substrates 10 mit einem Polymerfilm, Bilden erster thermoelektrischer Körper 15 und zweiter thermoelektrischer Körper 17, Ablösen des Polymerfilmes von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 und Anwenden einer Wärmebehandlung.The manufacturing method according to the eleventh embodiment of the invention is the same as that of the tenth embodiment to the extent that a copper sheet whose upper surface is coated with an insulating film made of SiO₂ is used for a substrate 10 and comprises the following processing steps of forming an electrode film of titanium, forming a first electrode film 31 and a second electrode film 32 by patterning; coating with a photosensitive resin 12 and patterning therein, coating the lower surface of a substrate 10 with a polymer film, forming first thermoelectric bodies 15 and second thermoelectric bodies 17, peeling the polymer film from the lower surface of the substrate 10, and applying a heat treatment.

In dem nächsten Schritt der Bearbeitung unterscheidet sich die elfte Ausführungsform von der zehnten Ausführungsform dadurch, daß ein wärmeisolierendes Blatt 18, das aus Glas gemacht ist, anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes 16 benutzt wird, wie in Fig. 29 gezeigt ist. Das wärmeisolierende Blatt 18 mit einer Dicke von 100 um wird mit den oberen Oberflächen der ersten thermoelektrischen Körper 15, der zweiten thermoelektrischen Körper 17 und des lichtempfindlichen Harzes 12 durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden.In the next step of processing, the eleventh embodiment differs from the tenth embodiment in that a heat insulating sheet 18 made of glass is used instead of the thermosetting resin 16, as shown in Fig. 29. The heat insulating sheet 18 having a thickness of 100 µm is bonded to the upper surfaces of the first thermoelectric bodies 15, the second thermoelectric bodies 17 and the photosensitive resin 12 by an epoxy-based adhesive.

Darauf folgend wird das Kupferblatt, das das Substrat 10 bildet, in einer Salpetersäurenlösung aufgelöst und entfernt; weiter werden der aus dem SiO&sub2;-Film bestehende Isolierfilm und der erste Elektrodenfilm 31 und der zweite Elektrodenfilm 32, die beide aus Titan bestehen, in einer 1%-igen Wasserstofffluorsäurelösung aufgelöst und entfernt. Dann wird ein Gold-(Au)-Film auf der Plattierungsinitiierungsoberfläche 33 gebildet und das Bemu stern darin durchgeführt, wodurch Verdrahtungselektroden 35 auf die gleiche Weise wie in Fig. 33 gezeigt gebildet werden. Somit wird ein thermoelektrischer Aufbau 27 gebildet.Subsequently, the copper sheet constituting the substrate 10 is dissolved in a nitric acid solution and removed; further, the insulating film consisting of the SiO₂ film and the first electrode film 31 and the second electrode film 32, both made of titanium, are dissolved in a 1% hydrogen fluoric acid solution and removed. Then, a gold (Au) film is formed on the plating initiation surface 33 and the coating is removed. star therein, thereby forming wiring electrodes 35 in the same manner as shown in Fig. 33. Thus, a thermoelectric structure 27 is formed.

Danach wird eine Mehrzahl der thermoelektrischen Aufbauten 27 in mehr Schichten aufeinander gestapelt und miteinander verbunden, wodurch ein Thermoelement auf die gleiche Weise wie in Fig. 34 gezeigt gebildet wird (mit der Ausnahme, daß das wärmeisolierende Blatt 18 anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes 16 benutzt wird); eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit wird durch Verbinden aller Thermoelemente zusammen in Reihe hergestellt.Thereafter, a plurality of the thermoelectric structures 27 are stacked in multiple layers and connected to each other, thereby forming a thermocouple in the same manner as shown in Fig. 34 (except that the heat insulating sheet 18 is used instead of the thermosetting resin 16); a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples together in series.

Durch das Herstellungsverfahren kann eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit gemäß der elften Ausführungsform, eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als durch die herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method, a thermoelectric power generation unit according to the eleventh embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be formed with higher accuracy than by the conventional methods. In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element can be controlled with ease.

Da weiter die wärmeisolierenden Blätter 18 zwischen die Mehrzahl der thermoelektrischen Aufbauten 27 eingefügt sind, kann dieses Verfahren auf Substrate größerer Abmessungen angewendet werden.Furthermore, since the heat insulating sheets 18 are interposed between the majority of the thermoelectric structures 27, this method can be applied to substrates of larger dimensions.

[Zwölfte Ausführungsform][Twelfth Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der zwölften Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 35, 36 und andere beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the twelfth embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 35, 36 and others.

Das Herstellungsverfahren gemäß der zwölften Ausführungsform der Erfindung ist das gleiche wie das der zehnten Ausführungsform in einem Ausmaß, daß ein Kupferblatt, dessen obere Oberfläche mit einem aus SiO&sub2; gemachten Isolierfilm beschichtet ist, für ein Substrat 10 benutzt wird, und die folgenden Schritte der Bearbeitung aufweisen Bilden eines Elektrodenfilmes aus Titan, Bilden eines ersten Elektrodenfilmes 31 und eines zweiten Elektrodenfilmes 32 durch Bemustern, Beschichten mit einem lichtempfindlichen Harz 12 und Bemustern darin, Beschichten der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 mit einem Polymerfilm, Bilden erster thermoelektrischer Körper 15 und zweiter thermoelektrischer Körper 17, Ablösen des Polymerfilmes von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 und Anwenden einer Wärmebehandlung.The manufacturing method according to the twelfth embodiment of the invention is the same as that of the tenth embodiment to the extent that a copper sheet whose upper surface is coated with an insulating film made of SiO₂ is used for a Substrate 10 is used, and comprising the following processing steps of forming an electrode film of titanium, forming a first electrode film 31 and a second electrode film 32 by patterning, coating with a photosensitive resin 12 and patterning therein, coating the bottom surface of the substrate 10 with a polymer film, forming first thermoelectric bodies 15 and second thermoelectric bodies 17, peeling the polymer film from the bottom surface of the substrate 10 and applying a heat treatment.

Bei dem nächsten Schritt werden, wie in Fig. 30 gezeigt ist, zwei Substrate, von denen jedes die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 darauf gebildet aufweist, miteinander verbunden, wobei ein wärmeisolierendes Blatt 18 dazwischen eingefügt wird. Für das wärmeisolierende Blatt 18 wird eine Glasplatte mit einer Dicke von 100 um benutzt.In the next step, as shown in Fig. 30, two substrates each having the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 formed thereon are bonded together with a heat insulating sheet 18 interposed therebetween. For the heat insulating sheet 18, a glass plate having a thickness of 100 µm is used.

Die zwei Substrate, auf denen die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 gebildet sind, werden miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden, in dem die entsprechenden Substrate so vorgesehen werden, daß die Oberfläche, auf der die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 gebildet sind, eines jeden Substrates dem wärmeisolierenden Blatt 18 zugewandt sind.The two substrates on which the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are formed are bonded to each other by an epoxy-based adhesive in which the respective substrates are provided so that the surface on which the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are formed of each substrate faces the heat insulating sheet 18.

Darauf folgend wird Kupfer, das das Substrat 10 bildet, aufgelöst und entfernt, in dem ein Element insgesamt, das die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 aufweist und verbunden ist, wobei das wärmeisolierende Blatt dazwischen eingefügt ist, in eine Salpetersäurenlösung eingetaucht wird, und dann werden der Isolierfilm, der aus dem SiO&sub2;-Film gemacht ist, und der erste Elektrodenfilm 31 und der zweite Elektrodenfilm 32, die beide aus dem Titanfilm bestehen, wobei all die oben erwähnten Filme bis jetzt verblieben sind, aufgelöst und entfernt in dem eine Wasserstofffluorsäure benutzt wird, so daß eine Plattierungsinitiierungsoberfläche 33 der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 freigelegt wird, wie in Fig. 33 gezeigt ist.Subsequently, copper constituting the substrate 10 is dissolved and removed by immersing an element as a whole comprising the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 and connected with the heat insulating sheet interposed therebetween in a nitric acid solution, and then the insulating film made of the SiO₂ film and the first electrode film 31 and the second electrode film 32 both made of the titanium film are all the above-mentioned films remaining up to now are dissolved and removed by using a hydrogen fluoric acid, so that a plating initiation surface 33 of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 is exposed as shown in Fig. 33.

Dann wird ein Gold-(Au)-Film durch den Vakuumabscheidungsvorgang auf der Plattierungsinitiierungsoberfläche 33, die so freigelegt ist, gebildet, und das Bemustern wird auf dem Gold-Film durch den photolithographischen Vorgang und den Ätzvorgang derart vorgesehen, daß Verdrahtungselektroden 35 auf solch eine Weise gebildet werden, daß sie einen der ersten thermoelektrischen Körper 15 mit einem der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benachbart zu dem ersteren abwechselnd verbunden wird, wodurch ein Thermoelement 30' gebildet wird. Durch die oben beschriebenen Behandlungen und Vorgänge wird ein thermoelektrischer Aufbau 28 gebildet.Then, a gold (Au) film is formed by the vacuum deposition process on the plating initiation surface 33 thus exposed, and patterning is provided on the gold film by the photolithographic process and the etching process so that wiring electrodes 35 are formed in such a manner as to alternately connect one of the first thermoelectric bodies 15 to one of the second thermoelectric bodies 17 adjacent to the former, thereby forming a thermocouple 30'. Through the above-described treatments and processes, a thermoelectric assembly 28 is formed.

Danach wird eine Mehrzahl der thermoelektrischen Aufbauten 28 in mehr Schichten gestapelt und miteinander durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden, wie in Fig. 36 gezeigt ist.Thereafter, a plurality of the thermoelectric assemblies 28 are stacked in multiple layers and bonded together by an epoxy-based adhesive, as shown in Fig. 36.

Zu dieser Stufe sind die ersten thermoelektrischen Körper 15 nicht mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17 elektrisch verbunden, da die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 28 voneinander mittels des Klebstoffes auf Epoxidbasis getrennt sind, der für die Verbindung benutzt wird. Schließlich wird eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit durch Verbinden all der Thermoelemente 30' zusammen in Reihe hergestellt.At this stage, the first thermoelectric bodies 15 are not electrically connected to the second thermoelectric bodies 17, since the respective composite thermoelectric assemblies 28 are separated from each other by means of the epoxy-based adhesive used for the connection. Finally, a thermoelectric power generation unit is manufactured by connecting all the thermocouples 30' together in series.

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der zwölften Ausführungsform kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit höherer Genauigkeit als durch die herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Zusätzlich können die Form und die Zusammensetzung eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes mit Leichtigkeit gesteuert werden.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the twelfth embodiment, a micro-sized thermoelectric power generation unit can be manufactured with higher accuracy than by the conventional methods In addition, the shape and composition of a thermoelectric power generation element can be easily controlled.

Weiter wird eine Vergrößerung in der Härte einer Leistungserzeugungseinheit aufgrund der Tatsache erzielt, daß das wärmeisolierende Blatt 18 zwischen die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Körper eingefügt ist.Further, an increase in hardness of a power generation unit is achieved due to the fact that the heat insulating sheet 18 is interposed between the respective composite thermoelectric bodies.

Weiterhin wird eine Zunahme der Härte einer Leistungserzeugungseinheit erzielt aufgrund der Tatsache, daß das wärmeisolierende Blatt 18 zwischen die entsprechenden zusammengesetzten thermoelektrischen Aufbauten 28 eingefügt wird, und als Resultat kann die Dicke des wärmeisolierenden Blattes 18 auf die Hälfte des Falles der zwölften Ausführungsform verringert werden, wodurch die Dicke der laminierten Thermoelemente verringert werden kann. Somit ist dieses Verfahren geeignet für eine weitere Miniaturisierung der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit.Furthermore, an increase in the hardness of a power generation unit is achieved due to the fact that the heat insulating sheet 18 is inserted between the respective composite thermoelectric structures 28, and as a result, the thickness of the heat insulating sheet 18 can be reduced to half of the case of the twelfth embodiment, whereby the thickness of the laminated thermocouples can be reduced. Thus, this method is suitable for further miniaturization of the thermoelectric power generation unit.

Bei den vorangehenden Ausführungsformen eins bis zwölf wird ein Kupferblatt oder ein Titanblatt als das Material für das Substrat 10 benutzt, es können jedoch andere Materialien, die die thermoelektrischen Prozeßmaterialien Trockenfilm oder Polyimid nicht angreifen aber durch den Ätzvorgang lösbar sind, für das Kupfer- oder Titanblatt ersetzt werden.In the foregoing embodiments one to twelve, a copper sheet or a titanium sheet is used as the material for the substrate 10, but other materials which do not attack the thermoelectric process materials dry film or polyimide but are soluble by the etching process may be substituted for the copper sheet or titanium sheet.

Entweder Metallmaterialien, wie ein Stahlblatt, ein Nickelblatt, ein galvanisiertes Eisenblatt, Aluminiumblatt, Messingblatt und ähnliches oder Keramikmaterialien wie eine Glasplatte, ein Aluminiumblatt und ähnliches können als das Material für das Substrat 10 benutzt werden.Either metal materials such as a steel sheet, a nickel sheet, a galvanized iron sheet, aluminum sheet, brass sheet and the like, or ceramic materials such as a glass plate, an aluminum sheet and the like can be used as the material for the substrate 10.

Ebenfalls sind Beispiele, bei denen ein Titanfilm zum Bilden des Elektrodenfilmes 11, des ersten Elektrodenfilmes 31 oder des zweiten Elektrodenfilmes 32 auf dem Substrat 10 benutzt werden, sind oben beschrieben. Andere Materialien für einen Metallfilm, wenn sie in einer Plattierungslösung unlösbar sind, können für einen Titanfilm, der zum Bilden des Elektrodenfilmes, des ersten Elektrodenfilmes 31 oder der zweiten Elektrodenfilmes 32 benutzt werden, ersetzt werden; ein Au-Film, ein Pt-Film, ein Pd-Film, ein Ta-Film oder ähnliches sind mögliche Alternativmaterialien.Also, examples in which a titanium film is used to form the electrode film 11, the first electrode film 31 or the second electrode film 32 on the substrate 10 are described above. Other materials for a metal film, if they are insoluble in a plating solution, a titanium film used for forming the electrode film, the first electrode film 31 or the second electrode film 32 may be substituted; an Au film, a Pt film, a Pd film, a Ta film or the like are possible alternative materials.

Ebenfalls ist in der ersten bis zwölften Ausführungsform die Benutzung eines Au-Filmes zum Bilden der Verdrahtungselektroden 25 beschrieben.Also, in the first to twelfth embodiments, the use of an Au film for forming the wiring electrodes 25 is described.

Jedoch nicht nur ein Au-Film sondern auch andere Metallmaterialien wie ein Cu-Film, Al-Film, Ni-Film, Fe-Film und ähnliches können zum Bilden der Verdrahtungselektroden 25 benutzt werden.However, not only an Au film but also other metal materials such as a Cu film, Al film, Ni film, Fe film and the like may be used to form the wiring electrodes 25.

Bei den vorangehenden Ausführungsformen wird der Vorgang des Bildens der Verdrahtungselektroden 25 durch Bilden eines Filmes zuerst und der Bemusterung darauf mittels der photolithographischen Techniken und Ätztechniken beschrieben. Jedoch kann ein anderer Vorgang des Bildens eines Elektrodenmusters durch Bedecken zuerst der gesamten Oberfläche mit Ausnahme der Bereiche, an denen die Elektroden zu bilden sind, mit einem speziellen Maskierungsmaterial und dann das Entfernen einer Metallmaske, nachdem ein Metallfilm auf der gesamten Oberfläche gebildet ist, was ein Maskenabscheidungsvorgang genannt wird, ebenfalls auf das Herstellungsverfahren der Erfindung angewandt werden.In the foregoing embodiments, the process of forming the wiring electrodes 25 by forming a film first and patterning thereon by means of the photolithographic techniques and etching techniques is described. However, another process of forming an electrode pattern by first covering the entire surface except for the areas where the electrodes are to be formed with a special masking material and then removing a metal mask after a metal film is formed on the entire surface, which is called a mask deposition process, can also be applied to the manufacturing method of the invention.

Noch ein anderer Vorgang des Bildens der Verdrahtungselektroden 25 wie ein Druckvorgang oder ein Vorgang des Aufklebens auf die Oberfläche eines Filmes, der auf einem anderen Material in Blattform gebildet ist und in der Form der Verdrahtungselektroden bemustert ist, kann anwendbar sein.Still another process of forming the wiring electrodes 25 such as a printing process or a process of adhering to the surface of a film formed on another material in a sheet form and patterned in the shape of the wiring electrodes may be applicable.

Ebenfalls wird bei den vorangehenden Ausführungsformen ein lichtempfindlicher Trockenfilm für das lichtempfindliche Harz 12 benutzt, das im Laufe des Plattierens mit den thermoelektrischen Materialien für die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 benötigt wird, es kann jedoch ein lichtempfindliches Polyimid, das kein Trockenfilm ist, für das lichtempfindliche Harz benutzt werden.Also, in the foregoing embodiments, a photosensitive dry film is used for the photosensitive resin 12 which is formed in the course of plating with the thermoelectric materials for the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric body 17 is required, but a photosensitive polyimide other than a dry film may be used for the photosensitive resin.

Wenn die Dicke in der Größenordnung von 10 um der ersten thermoelektrischen Körper 15 bzw. der zweiten thermoelektrischen Körper 17 ausreichend ist um die Anforderungen zu erfüllen, kann ein Photolack auf Gummibasis oder ein Photolack auf Zimtsäurenbasis für das lichtempfindliche Harz benutzt werden, das benutzt wird, wenn die thermoelektrischen Materialien plattiert werden.If the thickness on the order of 10 µm of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 is sufficient to meet the requirements, a rubber-based photoresist or a cinnamic acid-based photoresist may be used for the photosensitive resin used when the thermoelectric materials are plated.

Bei den vorangehenden Ausführungsformen wird die Benutzung von Polyimid für das in Wärme aushärtende Harz 16 beschrieben, jedoch kann ein Klebestoff auf Epoxidbasis oder ein Acrylsäureharz neben dem Polyimid für das in Wärme aushärtbare Harz benutzt werden.In the foregoing embodiments, the use of polyimide is described for the thermosetting resin 16, however, an epoxy-based adhesive or an acrylic resin may be used for the thermosetting resin in addition to the polyimide.

Neben den als das Verfahren des Bildens des in Wärme aushärtbaren Harzes 16 beschriebenen Schleuderbeschichtungsvorgang können ein Sprühbeschichtungsvorgang, ein Rollenbeschichtungsvorgang oder ein Vorgang des Aufklebens eines Filmes oder ähnliches benutzt werden.Besides the spin coating process described as the method of forming the thermosetting resin 16, a spray coating process, a roll coating process, or a film-sticking process or the like may be used.

Ebenfalls können neben der für das wärmeisolierende Blatt 18 benutzten Glasplatte ein Keramikblatt, ein Kunststoffblatt oder ähnliches, die niedrig in der thermischen Leitfähigkeit sind und in dünner Blattform vorliegen, jedoch einen hohen Widerstand gegen Deformation aufweisen, für das wärmeisolierende Blatt 18 benutzt werden.Also, in addition to the glass plate used for the heat insulating sheet 18, a ceramic sheet, a plastic sheet or the like, which are low in thermal conductivity and are in a thin sheet form but have high resistance to deformation, can be used for the heat insulating sheet 18.

Bezüglich der thermoelektrische Materialien wird Bi-Te-Se- Legierung für den N-Halbleiter benutzt, und Bi-Te-Sb-Legierung wird für den P-Halbleiter bei den vorangehenden Ausführungsformen benutzt. Jedoch können der N-Halbleiter und der P-Halbleiter durch Variieren der Konzentration von Bi zu der des Te ohne mischen von entweder Se oder Sb erzeugt werden.Regarding the thermoelectric materials, Bi-Te-Se alloy is used for the N-type semiconductor, and Bi-Te-Sb alloy is used for the P-type semiconductor in the foregoing embodiments. However, the N-type semiconductor and the P-type semiconductor can be produced by varying the concentration of Bi to that of Te without mixing either Se or Sb.

Ebenfalls können Materialien, die nicht die oben erwähnten sind, als die thermoelektrischen Materialien zum Bilden der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt werden, wenn die Materialien zum Abscheiden durch Plattieren geeignet sind.Also, materials other than those mentioned above may be used as the thermoelectric materials for forming the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 if the materials are suitable for deposition by plating.

[Dreizehnte Ausführungsform][Thirteenth Embodiment]

Das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der dreizehnten Ausführungsform der Erfindung wird hier im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 37 bis 45 beschrieben.The manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the thirteenth embodiment of the invention will be described hereinafter with reference to Figs. 37 to 45.

Zuerst wird, wie in Fig. 37 gezeigt ist, ein Kupferblatt zum Bilden eines Substrates 10 benutzt, und ein Elektrodenfilm 11 wird auf der gesamten Oberfläche des Substrates 10 durch Bilden eines Titan-(Ti)-Filmes von 500 nm Dicke durch einen Vakuumabscheidungsvorgang gebildet.First, as shown in Fig. 37, a copper sheet is used to form a substrate 10, and an electrode film 11 is formed on the entire surface of the substrate 10 by forming a titanium (Ti) film of 500 nm in thickness by a vacuum deposition process.

Der aus dem Titanfilm bestehende Elektrodenfilm 11 dient zum Schützen des Kupferblattes, das das Substrat 10 bildet, vor dem Angriff durch eine Plattierungslösung während des hier im folgenden beschriebenen Vorganges.The electrode film 11 consisting of the titanium film serves to protect the copper sheet forming the substrate 10 from attack by a plating solution during the process described hereinafter.

Dann werden zwei Schichten eines lichtempfindlichen Trockenfilmes, wobei jede 50 um dick ist, als ein lichtempfindliches Harz 12 auf dem Substrat 10 durch einen Rollenbeschichter so gebildet, daß sie Gesamtdicke des lichtempfindlichen Harzes 12 100 um beträgt.Then, two layers of a photosensitive dry film each being 50 µm thick are formed as a photosensitive resin 12 on the substrate 10 by a roll coater so that the total thickness of the photosensitive resin 12 becomes 100 µm.

Danach wird unter Benutzung der photolithographischen Techniken, eine Kombination einer sogenannten Belichtungsbehandlung mit einer sogenannten Entwicklungsbehandlung, bei denen durch eine Photomaske ein lichtempfindlicher Film bestrahlt wird und dem Licht so ausgesetzt wird, daß nur unbelichtete Gebiete aufgelöst werden und entfernt werden, eine Bemusterung in der Form von Streifen auf dem lichtempfindlichen Harz 12 vorgesehen, das aus dem Trockenfilm besteht, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wodurch ein lichtempfindliches Harz 12a mit einem ersten Muster in der Form von Streifen gebildet wird.Then, using photolithographic techniques, a combination of a so-called exposure treatment with a so-called development treatment is carried out, in which a light-sensitive film is irradiated through a photomask and exposed to light in such a way that only unexposed areas are dissolved. and are removed, a pattern in the form of stripes is provided on the photosensitive resin 12 consisting of the dry film as shown in Fig. 1, thereby forming a photosensitive resin 12a having a first pattern in the form of stripes.

Das lichtempfindliche Harz 12a mit einem Muster in der Form von Streifen bildet Öffnungen auf dem Elektrodenfilm 11, nämlich Gebiete, die mittels der photolithographischen Techniken aufgelöst und entfernt werden, und ungeöffnete Oberflächengebiete, nämlich Gebiete, die noch nicht mittels der photolithographischen Techniken aufgelöst und entfernt worden sind.The photosensitive resin 12a having a pattern in the form of stripes forms openings on the electrode film 11, namely areas that are dissolved and removed by means of the photolithographic techniques, and unopened surface areas, namely areas that have not yet been dissolved and removed by means of the photolithographic techniques.

Wie in Fig. 44 gezeigt ist, ist das erste Muster in der Form von Streifen derart gebildet, daß die Breite Wa der entsprechenden Öffnungen des lichtempfindlichen Harzes 12a größer als die Breite Wb entsprechend der ungeöffneten Oberflächengebiete davon ist, mit andern Worten, Wa beträgt 150 um, während Wb 50 um beträgt.As shown in Fig. 44, the first pattern is formed in the form of stripes such that the width Wa of the respective openings of the photosensitive resin 12a is larger than the width Wb corresponding to the unopened surface areas thereof, in other words, Wa is 150 µm while Wb is 50 µm.

Nach dem Bemustern des lichtempfindlichen Harzes 12, wie in Fig. 37 gezeigt ist, wird ein Polymerfilm 19 auf Teflonbasis auf der gesamten Unterseitenoberfläche des Substrates 10 gebildet, wobei ein Schleuderbeschichtungsvorgang benutzt wird, wie in Fig. 38 gezeigt ist.After patterning the photosensitive resin 12 as shown in Fig. 37, a Teflon-based polymer film 19 is formed on the entire bottom surface of the substrate 10 using a spin coating process as shown in Fig. 38.

Der Polymerfilm 19 wird auf der Unterseitenoberfläche des Substrates zum Verhindern von Metallabscheidungen durch Plattierungen gebildet, die auf der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 bei einer späteren Stufe der Bearbeitung gebildet werden können.The polymer film 19 is formed on the bottom surface of the substrate for preventing metal deposits by platings which may be formed on the bottom surface of the substrate 10 at a later stage of processing.

Darauf folgend werden erste thermoelektrische Körper 15, die aus einem ersten thermoelektrischen Material hergestellt werden, im Inneren der Öffnungen 13a des lichtempfindlichen Harzes 12a mittels eines Plattierungsvorganges gebildet.Subsequently, first thermoelectric bodies 15 made of a first thermoelectric material are formed inside the openings 13a of the photosensitive resin 12a by means of a plating process.

Eine Bi-Te-Se-Legierung, die ein N-Halbleiter ist, wird als das Material für die ersten thermoelektrischen Körper 15 benutzt.A Bi-Te-Se alloy, which is an N-type semiconductor, is used as the material for the first thermoelectric bodies 15.

Als Plattierungselektrolyt wird eine Salpetersäurenlösung benutzt, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SeO&sub2; enthält. Die ersten thermoelektrischen Körper 15, die aus der Bi-Te-Se-Legierung bestehen, werden auf dem Elektrodenfilm 11 innerhalb der Öffnungen 13a des lichtempfindlichen Harzes 12a durch Anlegen einer Spannung von 1 V zwischen dem Elektrodenfilm 11, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.As a plating electrolyte, a nitric acid solution containing Bi(NO3)3, TeO2 and SeO2 is used. The first thermoelectric bodies 15 made of the Bi-Te-Se alloy are deposited on the electrode film 11 within the openings 13a of the photosensitive resin 12a by applying a voltage of 1 V between the electrode film 11 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Während des Plattierungsvorganges wird die Unterseite des Substrates 10 durch den Polymerfilm 19 geschützt. Folglich werden die ersten thermoelektrischen Körper 15 nur innerhalb der Öffnungen 13a des lichtempfindlichen Harzes 12a abgeschieden.During the plating process, the underside of the substrate 10 is protected by the polymer film 19. Consequently, the first thermoelectric bodies 15 are deposited only within the openings 13a of the photosensitive resin 12a.

Bei dem Plattierungsvorgang wird der Betrag der Metallabscheidung durch die Menge der elektrischen Ladung bestimmt, die aus dem elektrischen Strom berechnet werden kann, der während der Zeit verbraucht wird, während die Elektrolyse stattfindet. Daher wird die Dicke der ersten thermoelektrischen Körper 15 mit Leichtigkeit durch Messen der Menge der elektrischen Ladung gesteuert.In the plating process, the amount of metal deposition is determined by the amount of electric charge, which can be calculated from the electric current consumed during the time the electrolysis takes place. Therefore, the thickness of the first thermoelectric bodies 15 is easily controlled by measuring the amount of electric charge.

In diesem Fall wird die Dicke der ersten thermoelektrischen Körper 15 so eingestellt, daß sie die Hälfte der Dicke des bereits durch Bemustern gebildeten lichtempfindlichen Harzes 12a beträgt.In this case, the thickness of the first thermoelectric bodies 15 is set to be half the thickness of the photosensitive resin 12a already formed by patterning.

Weiter kann die chemische Zusammensetzung der Legierung, die die ersten thermoelektrischen Körper 15 ausmacht, durch Variieren der Ionenkonzentration von Bi, Te bzw. Se geändert werden. Folglich wird ein Material, das eine gewünschte Ausgabespannung und einen niedrigen Widerstand erzeugen kann, durch Einstellen der Einstellbedingungen ausgewählt werden, wie oben beschrieben wur de. Somit wird ein thermoelektrischer Aufbau 41 gebildet, wie in Fig. 39 gezeigt ist.Further, the chemical composition of the alloy constituting the first thermoelectric bodies 15 can be changed by varying the ion concentration of Bi, Te, and Se, respectively. Consequently, a material capable of producing a desired output voltage and low resistance will be selected by setting the setting conditions as described above. Thus, a thermoelectric structure 41 is formed as shown in Fig. 39.

Durch Anwenden eines im wesentlichen des gleichen Behandlungsvorganges, wie er bei dem Herstellungsverfahren des ersten thermoelektrischen Aufbaues 41 angewandt wurde, wird ein zweiter thermoelektrischer Aufbau 42 gebildet, wie in Fig. 40 gezeigt ist.By applying substantially the same treatment process as that used in the manufacturing process of the first thermoelectric structure 41, a second thermoelectric structure 42 is formed as shown in Fig. 40.

Hier im folgenden wird ein Vorgang des Bildens des zweiten thermoelektrischen Aufbaus 42 hauptsächlich in dem Gebiet geschrieben, in dem er sich von dem Vorgang des Bildens des ersten thermoelektrischen Aufbaues 41 unterscheidet.Hereinafter, a process of forming the second thermoelectric structure 42 will be mainly described in the area in which it differs from the process of forming the first thermoelectric structure 41.

Der Vorgang des Bildens des zweiten thermoelektrischen Aufbaues 42 ist der gleiche wie der des ersten thermoelektrischen Aufbaues 41, wie er unter Bezugnahme auf Fig. 37, 38 und 44 beschrieben wurde, bis zu einem Punkt, an dem das Bemustern in der Form von Streifen auf dem lichtempfindlichen Harz durchgeführt wird und der Polymerfilm gebildet wird.The process of forming the second thermoelectric assembly 42 is the same as that of the first thermoelectric assembly 41 as described with reference to Figs. 37, 38 and 44 up to a point where patterning in the form of stripes is performed on the photosensitive resin and the polymer film is formed.

Bei dem Vorgang des Bildens des zweiten thermoelektrischen Aufbaus 42 wird Bemustern auf einem lichtempfindlichen Harz 12b, nämlich einem zweiten Muster in der Form von Streifen derart durchgeführt, daß das zweite Muster in der Form von Streifen identisch zu dem ersten Muster in der Form von Streifen auf dem lichtempfindlichen Harz 12a in Bezug auf die Breite der entsprechenden Öffnungen Wa, der Breite der entsprechenden ungeöffneten Oberflächengebiete Wb und der Dicke ist.In the process of forming the second thermoelectric structure 42, patterning is performed on a photosensitive resin 12b, namely, a second pattern in the form of stripes such that the second pattern in the form of stripes is identical to the first pattern in the form of stripes on the photosensitive resin 12a in terms of the width of the respective openings Wa, the width of the respective unopened surface areas Wb, and the thickness.

Somit weisen der erste thermoelektrische Aufbau 41 und der zweite thermoelektrische Aufbau 42 Elemente auf, die notwendig zum gemeinsamen Erzeugen sind, zu der verbesserten Produktivität bei der Herstellung thermoelektrischer Leistungserzeugungseinheiten beitragen, wobei die Abmessungen des zweiten Musters in der Form von Streifen auf dem lichtempfindlichen Harz 12b die gleichen wie die des ersten Musters in der Form von Streifen sind.Thus, the first thermoelectric structure 41 and the second thermoelectric structure 42 have elements necessary for co-production, contributing to the improved productivity in the manufacture of thermoelectric power generation units, wherein the dimensions of the second pattern in the form of stripes on the photosensitive resin 12b are the same as those of the first pattern in the form of stripes.

Da zusätzlich das Muster in der Form von Streifen, das auf dem lichtempfindlichen Harz 12b vorgesehen ist, identisch zu dem ersten Muster in der Form von Streifen auf dem lichtempfindlichen Harz 12a ist, kann der erste thermoelektrische Aufbau 41 gut zusammenpassend in den zweiten thermoelektrischen Aufbau 42 eingepaßt werden, wie hier später beschrieben wird, wodurch die Verarbeitung ohne Verwerfung voranschreiten kann und eine höhere Wirksamkeit bei der Herstellung thermoelektrischer Leistungserzeugungseinheiten erzielt werden kann.In addition, since the pattern in the form of stripes provided on the photosensitive resin 12b is identical to the first pattern in the form of stripes on the photosensitive resin 12a, the first thermoelectric assembly 41 can be well-fitted into the second thermoelectric assembly 42 as described later herein, whereby the processing can proceed without warping and higher efficiency in the manufacture of thermoelectric power generation units can be achieved.

Der Vorgang des Bildens des zweiten thermoelektrischen Aufbaues 42 unterscheidet sich von dem für den ersten thermoelektrischen Aufbau 41 in Bezug auf einen Vorgang des Plattierens mit dem thermoelektrischen Material für die zweiten thermoelektrischen Körper 17, was im folgenden beschrieben wird.The process of forming the second thermoelectric structure 42 is different from that for the first thermoelectric structure 41 with respect to a process of plating the thermoelectric material for the second thermoelectric bodies 17, which will be described below.

Nach Beendigung des gleichen Vorganges, wie er in Fig. 38 gezeigt ist, werden die zweiten thermoelektrischen Körper 17, die aus einem zweiten thermoelektrischen Material hergestellt sind, durch einen Plattierungsvorgang innerhalb von Öffnungen 13b des lichtempfindlichen Harzes 12b mit dem zweiten Muster in der Form von Streifen gebildet, wie in Fig. 40 gezeigt ist. Eine Bi-Te- Sb-Legierung, die ein P-Halbleiter ist, wird zum Bilden der zweiten thermoelektrischen Körper 17 benutzt.After completion of the same process as shown in Fig. 38, the second thermoelectric bodies 17 made of a second thermoelectric material are formed by a plating process within openings 13b of the photosensitive resin 12b having the second pattern in the form of stripes as shown in Fig. 40. A Bi-Te-Sb alloy, which is a P-type semiconductor, is used to form the second thermoelectric bodies 17.

Eine Phosphorsäurenlösung, die Bi(NO&sub3;)&sub3;, TeO&sub2; und SbCl&sub3; enthält, wird als ein Plattierungselektrolyt benutzt. Jeder der zweiten thermoelektrischen Körper 17, der aus der Bi-Te-Sb-Legierung besteht, wird auf dem Elektrodenfilm 11 innerhalb einer der Öffnungen 13b, die in dem lichtempfindlichen Harz 12b vorgesehen sind, in dem 1 V angelegt wird zwischen dem Elektrodenfilm 11, der als Kathode dient, und einer Platin-(Pt)-Elektrode, die als Anode dient, abgeschieden.A phosphoric acid solution containing Bi(NO3)3, TeO2 and SbCl3 is used as a plating electrolyte. Each of the second thermoelectric bodies 17 made of the Bi-Te-Sb alloy is deposited on the electrode film 11 within one of the openings 13b provided in the photosensitive resin 12b by applying 1 V between the electrode film 11 serving as a cathode and a platinum (Pt) electrode serving as an anode.

Da die hintere Oberfläche des Substrates 10 durch den Polymerfilm 19 geschützt ist, werden die zweiten thermoelektrischen Körper 17 nur innerhalb der Öffnungen 13b des lichtempfindlichen Harzes 12b abgeschieden. Die Dicke der zweiten thermoelektrischen Körper 17 wird durch Messen der Menge der elektrischen Reaktionsladung so gesteuert, daß sie die Hälfte der Dicke des lichtempfindlichen Harzes 12b, nämlich 50 um beträgt.Since the rear surface of the substrate 10 is protected by the polymer film 19, the second thermoelectric bodies 17 are deposited only within the openings 13b of the photosensitive resin 12b. The thickness of the second thermoelectric bodies 17 is controlled to be half the thickness of the photosensitive resin 12b, namely 50 µm, by measuring the amount of the reaction electric charge.

Weiterhin kann die chemische Zusammensetzung der Legierung, die die zweiten thermoelektrischen Körper 17 bildet, durch Variieren der Ionenkonzentration von Bi, Te bzw. Sb geändert werden, wodurch die Eigenschaften der Legierungen so gesteuert werden können, daß sie eine gewünschte Ausgangsspannung erzeugen kann und einen niedrigen Widerstand aufweist.Furthermore, the chemical composition of the alloy constituting the second thermoelectric bodies 17 can be changed by varying the ion concentration of Bi, Te or Sb, whereby the properties of the alloys can be controlled so that they can produce a desired output voltage and have a low resistance.

Durch den oben beschriebenen Behandlungsvorgang wird ein zweiter thermoelektrischer Aufbau mit den auf dem Substrat 10 gebildeten zweiten thermoelektrischen Körpern 17 gebildet.Through the treatment process described above, a second thermoelectric structure is formed with the second thermoelectric bodies 17 formed on the substrate 10.

Darauf folgend wird, wie in Fig. 41 gezeigt ist, ein Paar des ersten thermoelektrischen Aufbaues 41 und des zweiten thermoelektrischen Aufbaues 42 mit einem Klebstoff 43 auf Epoxidbasis derart zusammenverbunden, daß die Oberfläche der entsprechenden Aufbauten, auf denen das lichtempfindliche Harz 12a und 12b gebildet ist, einander zugewandt sind.Subsequently, as shown in Fig. 41, a pair of the first thermoelectric structure 41 and the second thermoelectric structure 42 are bonded together with an epoxy-based adhesive 43 such that the surfaces of the respective structures on which the photosensitive resin 12a and 12b are formed face each other.

Das oben genannte Verbinden wird derart ausgeführt, daß die ungeöffneten Oberflächengebiete des lichtempfindlichen Harzes 12a, die auf der Oberfläche des ersten thermoelektrischen Aufbaues 41 gebildet sind, in die obere Oberfläche der zweiten thermoelektrischen Körper 14 passen.The above-mentioned bonding is carried out such that the unopened surface areas of the photosensitive resin 12a formed on the surface of the first thermoelectric assembly 41 fit into the upper surface of the second thermoelectric bodies 14.

Durch die Verbindung passen, wie in Fig. 41 gezeigt ist, die ungeöffneten Oberflächengebiete des lichtempfindlichen Harzes 12b, das auf der Oberfläche des zweiten thermoelektrischen Auf baues 42 gebildet sind, in die oberen Oberflächen der ersten thermoelektrischen Körper 15. Somit wird ein Aufbau gebildet, bei dem die Relativposition der ersten thermoelektrischen Körper 15 und der zweiten thermoelektrischen Körper 17 innerhalb eines festen Abstandes bleibt, was einen Vorgang der Verdrahtung unter den thermoelektrischen Körpern erleichtert, die bei einer späteren Stufe anzubringen ist.Through the connection, as shown in Fig. 41, the unopened surface areas of the photosensitive resin 12b formed on the surface of the second thermoelectric surface structure 42 into the upper surfaces of the first thermoelectric bodies 15. Thus, a structure is formed in which the relative position of the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 remains within a fixed distance, which facilitates an operation of wiring among the thermoelectric bodies to be attached at a later stage.

Wie aus Fig. 41 ersichtlich ist, sind die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 gegenseitig außer Kontakt miteinander und elektrisch voneinander isoliert, bis die Verdrahtung bei einer späteren Stufe der Bearbeitung vorgesehen wird.As can be seen from Fig. 41, the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 are mutually out of contact with each other and electrically insulated from each other until wiring is provided at a later stage of processing.

Nach dem Verbinden des ersten thermoelektrischen Aufbaues 41 mit dem zweiten thermoelektrischen Aufbau 42, wie oben beschrieben wurde, wird der Polymerfilm 19 abgetrennt und von der Unterseitenoberfläche des Substrates 10 unter Benutzung von Toloin entfernt. Dann werden der ersten thermoelektrische Aufbau 41 und der zweite thermoelektrische Aufbau 42 in einem kombinierten Zustand einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 350ºC während einer Stunde unterworfen.After bonding the first thermoelectric assembly 41 to the second thermoelectric assembly 42 as described above, the polymer film 19 is separated and removed from the bottom surface of the substrate 10 using toloin. Then, the first thermoelectric assembly 41 and the second thermoelectric assembly 42 in a combined state are subjected to heat treatment in a nitrogen atmosphere at a temperature of 350°C for one hour.

Die Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wird zum Homogenisieren der chemischen Zusammensetzung der Legierungen angewendet, die die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 darstellen, was zur Erhöhung der Ausgabe eines thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes beiträgt.The heat treatment in a nitrogen atmosphere is used to homogenize the chemical composition of the alloys constituting the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17, which contributes to increasing the output of a thermoelectric power generating element.

Obwohl die Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei einer hohen Temperatur angewendet wird, ist die Größe der Deformation wie thermische Kontraktion, die den lichtempfindlichen Harzen 12a und 12b nach dem Bemustern zustößt, minimal, wodurch keine praktische Probleme verursacht werden, unter der Voraussetzung, daß eine Belichtungsbehandlung auf das lichtempfindli che Harz 12 mit lichtausreichender Intensität ausgeübt wird, wenn eine Bemusterungsbehandlung auf das lichtempfindliche Harz 12 ausgeübt wird, wie in Fig. 37 gezeigt ist.Although the heat treatment is applied in a nitrogen atmosphere at a high temperature, the amount of deformation such as thermal contraction occurring to the photosensitive resins 12a and 12b after patterning is minimal, thereby causing no practical problems, provided that an exposure treatment is applied to the photosensitive resin. che resin 12 with light-sufficient intensity when a patterning treatment is applied to the photosensitive resin 12 as shown in Fig. 37.

Das thermoelektrische Leistungserzeugungselement mit dem ersten thermoelektrischen Aufbau 41 kombiniert mit dem zweiten thermoelektrischen Aufbau 42 wird in eine gewünschte Länge geschnitten.The thermoelectric power generation element having the first thermoelectric structure 41 combined with the second thermoelectric structure 42 is cut into a desired length.

Wenn die Oberflächenrauheit der geschnittenen Endoberfläche des oben genannten Elementes so groß ist oder Risse an den verbundenen Schnittstellen aufgrund unzureichender Benutzung des Klebstoffes 43 auftreten, daß die Verdrahtung bei einer späteren Stufe der Bearbeitung beeinflußt wird, können die geschnittenen Endoberfläche durch ein Lappungsverfahren oder ähnliches poliert werden.When the surface roughness of the cut end surface of the above-mentioned member is so large or cracks occur at the bonded interfaces due to insufficient use of the adhesive 43 that the wiring is affected at a later stage of processing, the cut end surfaces may be polished by a lapping process or the like.

Insbesondere können, wenn Risse an den verbundenen Schnittstellen aufgrund unzureichender Benutzung des Klebstoffes 43 auftreten, die geschnittenen Endoberfläche durch ein Lappungsverfahren nach Auffüllen der Risse an den verbundenen Schnittstellen mit einem isolierenden Harz wie ein Epoxidharz poliert werden.In particular, when cracks occur at the bonded interfaces due to insufficient use of the adhesive 43, the cut end surfaces may be polished by a lapping process after filling the cracks at the bonded interfaces with an insulating resin such as an epoxy resin.

Darauf folgend wird alles Kupfer, das das Substrat 10 bildet, durch Eintauchen des Elementes insgesamt in eine Salpetersäurenlösung aufgelöst und dann wird das Titan, das den Elektrodenfilm 11 bildet, durch Benutzung einer Wasserstoffluorsäurenlösung aufgelöst und entfernt.Subsequently, all the copper forming the substrate 10 is dissolved by immersing the entire element in a nitric acid solution and then the titanium forming the electrode film 11 is dissolved and removed by using a hydrogen fluoride solution.

Ein Gold-(Au)-Film wird auf der gesamten Oberfläche an jeder der geschnittenen Enden des Elementes durch einen Vakuumabscheidungsvorgang, einen Sputtervorgang oder einen Stromlosplattierungsvorgang gebildet. Dann werden, wie in Fig. 42 gezeigt ist, Verdrahtungselektroden 45 durch Bemustern des Goldfilmes durch die photolithographischen Techniken gebildet, wodurch ein synthetischer thermoelektrischer Aufbau 44 gebildet wird.A gold (Au) film is formed on the entire surface at each of the cut ends of the element by a vacuum deposition process, a sputtering process or an electroless plating process. Then, as shown in Fig. 42, wiring electrodes 45 are formed by patterning the gold film by the photolithographic techniques, thereby forming a synthetic thermoelectric structure 44.

Jeder der ersten thermoelektrischen Körper 15 wird durch entsprechende Verdrahtungselektroden 45 mit einem der zweiten thermoelektrischen Körper 17 verbunden, der gegenüber dem ersteren auf der Oberfläche an dem geschnittenen Ende gebildet ist, wodurch ein Thermoelement 50 gebildet wird.Each of the first thermoelectric bodies 15 is connected through corresponding wiring electrodes 45 to one of the second thermoelectric bodies 17 formed opposite to the former on the surface at the cut end, thereby forming a thermocouple 50.

Wie in dem vorangehenden beschrieben wurde, können all die thermoelektrischen Körper, die an vorbestimmten Abständen innerhalb eines jeden der synthetischen thermoelektrischen Aufbauten 44 vorgesehen sind, gesamt ohne fehlerhafte Verdrahtung durch die Verdrahtungselektroden 45 verbunden werden.As described in the foregoing, all the thermoelectric bodies provided at predetermined intervals within each of the synthetic thermoelectric structures 44 can be connected as a whole without faulty wiring by the wiring electrodes 45.

Wie in Fig. 43 gezeigt ist, wird eine Mehrzahl der synthetischen thermoelektrischen Aufbauten 44 in abwechselnden Schichten derart gestapelt, daß jeder der ersten thermoelektrischen Körper 15 der einen der synthetischen thermoelektrischen Aufbauten 44 gegenüber von jedem der zweiten thermoelektrischen Körper 17 eines anderen synthetischen thermoelektrischen Aufbaues 44 über einen flachen Isolator 41 in Blattform, der aus Acrylharz besteht, gegenüberliegt, siehe Fig. 41, und sie werden durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis verbunden.As shown in Fig. 43, a plurality of the synthetic thermoelectric assemblies 44 are stacked in alternate layers such that each of the first thermoelectric bodies 15 of one of the synthetic thermoelectric assemblies 44 is opposed to each of the second thermoelectric bodies 17 of another synthetic thermoelectric assemblies 44 via a flat sheet-shaped insulator 41 made of acrylic resin, see Fig. 41, and they are bonded by an epoxy-based adhesive.

Der Isolator 41 wird benutzt zum Verhindern, daß die ersten thermoelektrischen Körper 15 in elektrischen Kontakt mit den zweiten thermoelektrischen Körpern 17 kommen (siehe Fig. 41), und ebenfalls zum Vergrößern der mechanischen Festigkeit der thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit als ganzes. Der Isolator 51 wird so gebildet, daß er eine Dicke von 50 um aufweist.The insulator 41 is used to prevent the first thermoelectric bodies 15 from coming into electrical contact with the second thermoelectric bodies 17 (see Fig. 41), and also to increase the mechanical strength of the thermoelectric power generation unit as a whole. The insulator 51 is formed to have a thickness of 50 µm.

In dem nächsten Schritt werden, wie in Fig. 45 gezeigt ist, Elementanschlußverdrahtungen 52 entlang entsprechender Kanten der Oberfläche an beiden geschnittenen Enden eines jeden der synthetischen thermoelektrischen Aufbauten 44 unter Benutzung eines leitenden Klebstoffes gebildet. Ein durch einen Drahtbon dingsvorgang gebildeter Draht kann für die Elementanschlußverdrahtung benutzt werden.In the next step, as shown in Fig. 45, element terminal wirings 52 are formed along respective edges of the surface at both cut ends of each of the synthetic thermoelectric structures 44 using a conductive adhesive. The wire formed in this process can be used for element connection wiring.

All die Thermoelemente 50 werden zusammen in Reihe durch Verbinden der Kanten der entsprechenden ersten thermoelektrischen Körper 15 mit jenen der entsprechenden zweiten thermoelektrischen Körpern 17, wobei beide der Körper in die entsprechenden synthetischen thermoelektrischen Aufbauten 44 eingebaut sind, mit dem entsprechenden Elementanschlußdraht 52 verbunden, wodurch eine thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit gebildet wird.All the thermocouples 50 are connected together in series by connecting the edges of the respective first thermoelectric bodies 15 to those of the respective second thermoelectric bodies 17, both of the bodies being incorporated in the respective synthetic thermoelectric structures 44, with the corresponding element lead wire 52, thereby forming a thermoelectric power generation unit.

Die oben beschriebenen Elementanschlußverdrahtungen 52 können mit Leichtigkeit vorgesehen werden, da die Elementanschlußverdrahtungen 52 nicht so große Genauigkeit wie die verlangen, die in dem Fall des Bildens der Verdrahtungselektroden 45 der Verdrahtung der thermoelektrischen Körper in dem zuvor genannten Verarbeitungsschritt benötigt wird.The above-described element connection wirings 52 can be provided with ease because the element connection wirings 52 do not require as great an accuracy as that required in the case of forming the wiring electrodes 45 of the wiring of the thermoelectric bodies in the aforementioned processing step.

Bei dem Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit kann das Bemustern mit einer Genauigkeit von Plus oder Minus einigen um auf dem Trockenfilm vorgesehen werden, der das lichtempfindliche Harz 12 bildet, das durch photolithographische Techniken gebildet wird.In the manufacturing process of a thermoelectric power generation unit, patterning with an accuracy of plus or minus several µm may be provided on the dry film constituting the photosensitive resin 12 formed by photolithographic techniques.

Ebenfalls können die ersten thermoelektrischen Körper 15 und die zweiten thermoelektrischen Körper 17 mit einer Genauigkeit von Plus oder Minus einigen um entlang der Oberfläche des lichtempfindlichen Harzes 12a bzw. 12b gebildet werden.Also, the first thermoelectric bodies 15 and the second thermoelectric bodies 17 can be formed with an accuracy of plus or minus several µm along the surface of the photosensitive resin 12a and 12b, respectively.

Solch eine Genauigkeit, wie sie oben beschrieben wurde, stellt eine bemerkenswert hohe Genauigkeit im Vergleich zu der in dem Fall des Dickfilmverfahrens dar, bei dem die Beschichtung durch einen herkömmlichen mechanischen Bearbeitungsvorgang oder den Druckvorgang aufgebracht wird. Weiter können die Dicke und die chemische Zusammensetzung der durch den Plattierungsvorgang gebildeten thermoelektrischen Körper mit Leichtigkeit gesteuert werden, und eine Vorverarbeitungsbehandlung von nur der Materialien des Lösungsvorganges ist einfacher als bei den herkömmlichen Vorgängen.Such accuracy as described above represents a remarkably high accuracy compared to that in the case of the thick film method in which the coating is applied by a conventional machining process or the printing process. Furthermore, the thickness and chemical composition of the thermoelectric bodies formed by the plating process can be controlled with ease. and pre-processing of only the materials of the solution process is easier than in the conventional processes.

Die Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit, wie sie in dem vorangehenden beschrieben wurde, weist einen photolithographischen Vorgang, einen Plattierungsvorgang, einen Filmbildungsvorgang und einen Ätzvorgang auf, die alle auf einer Chargenbasis angewendet werden können. Daher haben diese einen Vorteil ihrer Möglichkeit, eine Mehrzahl von den Elementen gleichzeitig herzustellen.The manufacturing processes of a thermoelectric power generation unit as described in the foregoing include a photolithographic process, a plating process, a film forming process and an etching process, all of which can be applied on a batch basis. Therefore, they have an advantage of being able to manufacture a plurality of the elements simultaneously.

Wie in dem vorangegangen ausgeführt wurde, weist die durch die oben beschriebenen Verfahren hergestellte thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit die thermoelektrischen Körper auf, von denen jeder eine Breite von 150 um aufweist, in einem Abstand von 50 um vorgesehen ist und eine Gesamtdicke von 150 um einschließlich des Isolators 150 aufweist.As stated in the foregoing, the thermoelectric power generation unit manufactured by the above-described methods comprises the thermoelectric bodies each of which has a width of 150 µm, is provided at a pitch of 50 µm, and has a total thickness of 150 µm including the insulator 150.

Es sei angenommen, daß die Breite des Substrates 10 gleich 1 cm ist und die Dicke des gesamten Körpers des geschichteten Aufbaues gleich 7,5 cm ist, dann beträgt die Zahl von Thermoelementen, die auf dem Substrat 10 gebildet werden kann, 2500 Elemente.Assuming that the width of the substrate 10 is 1 cm and the thickness of the entire body of the layered structure is 7.5 cm, the number of thermocouples that can be formed on the substrate 10 is 2500 elements.

Wenn ein Temperaturunterschied von 2ºC an das thermoelektrische Element angelegt wird, wird eine Spannung von ungefähr 2 V der offenen Schaltung ausgegeben, was eine ausreichende Ausgabespannung zum Treiben einer elektronischen Ausrüstung ist, wie sie durch eine Armbanduhr dargestellt wird.When a temperature difference of 2ºC is applied to the thermoelectric element, an open circuit voltage of approximately 2 V is output, which is a sufficient output voltage to drive electronic equipment such as a wrist watch.

Es sei angenommen, daß eine Länge des thermoelektrischen Leistungserzeugungselementes 2 mm ist, dann wird die interne Impedanz ungefähr 13 kΩ, was zeigt, daß dieses von einer Größenordnung ist, mit der eine elektronische Ausrüstung leicht fertig werden kann.Assuming that a length of the thermoelectric power generating element is 2 mm, the internal impedance becomes about 13 kΩ, which shows that this is of a magnitude that electronic equipment can easily cope with.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Kupferblatt als das Material für das Substrat 10 benutzt, andere Materialien, die nicht durch die thermoelektrischen Prozeßmaterialien, Trockenfilm oder Polyimid angegriffen werden, die aber durch den Ätzvorgang lösbar sind, können für das Kupfer ersetzt werden.In this embodiment, a copper sheet is used as the material for the substrate 10, other materials that are not attacked by the thermoelectric process materials, dry film or polyimide, but which are soluble by the etching process, can be substituted for the copper.

Die Benutzung von Metallmaterialien wie ein Stahlblatt, ein Nickelblatt, ein galvanisiertes Eisenblatt, ein Aluminiumblatt, ein Titanblatt, ein Messingblatt oder ähnliches wird zur Benutzung in dem Substrat 10 bedacht. Ebenfalls können Materialien wie eine Glasplatte, ein Aluminiumoxidblatt oder ähnliches als das Material für das Substrat 10 benutzt werden.The use of metal materials such as a steel sheet, a nickel sheet, a galvanized iron sheet, an aluminum sheet, a titanium sheet, a brass sheet or the like is contemplated for use in the substrate 10. Also, materials such as a glass plate, an alumina sheet or the like may be used as the material for the substrate 10.

Andere Metallfilme, die nicht ein Titanfilm sind, wenn sie aus Materialien sind, die in einer Plattierungslösung unlöslich sind, können für den Elektrodenfilm 11 ersetzt werden, der aus einem Titanfilm besteht und auf dem Substrat 10 gebildet ist. Ein Gold-(Au)-Film, ein Platin-(Pt)-Film, ein Paladium-(Pd)- Film, ein Tantal-(Ta)-Film oder ähnliches sind voraussichtliche andere Materialien.Other metal films other than a titanium film, if they are made of materials insoluble in a plating solution, may be substituted for the electrode film 11 made of a titanium film and formed on the substrate 10. A gold (Au) film, a platinum (Pt) film, a palladium (Pd) film, a tantalum (Ta) film, or the like are prospective other materials.

Nicht nur ein Au-Film sondern auch andere Metallfilme können zum Bilden der Verdrahtungselektroden 45 benutzt werden.Not only an Au film but also other metal films can be used to form the wiring electrodes 45.

Bezüglich des Materiales der Verdrahtungselektrode 45 sind ein Kupfer-(Cu)-Film, ein Nickel-(Ni)-Film oder ein Eisen-(Fe)-Film usw. für die Verdrahtungselektrode 45 anwendbar.Regarding the material of the wiring electrode 45, a copper (Cu) film, a nickel (Ni) film, or an iron (Fe) film, etc. are applicable to the wiring electrode 45.

Zum Bilden der Verdrahtungselektroden 45 kann ein Druckvorgang oder ein Vorgang des Aufklebens der Elektroden, die auf der Oberfläche eines anderen Materiales in Blattform bemustert sind, anwendbar sein.For forming the wiring electrodes 45, a printing process or a process of sticking the electrodes patterned on the surface of another material in a sheet form may be applicable.

Weiter kann zum Bilden der Elementanschlußverdrahtungen 52 ein Vorgang des Bildens eines Metallfilmes durch Vakuumabscheiden, Sputtern, Drucken oder ein Vorgang des Aufklebens der Elektro den, die auf der Oberfläche eines anderen Materiales in der Blattform bemustert sind, anwendbar sein.Further, to form the element connection wirings 52, a process of forming a metal film by vacuum deposition, sputtering, printing or a process of sticking the electro those patterned on the surface of another material in sheet form.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung wird der lichtempfindliche Trockenfilm als Rahmenteile benutzt, wenn das Plattieren mit den thermoelektrischen Materialien durchgeführt wird. -Neben dem Trockenfilm kann auch ein lichtempfindliches Polyimid für den gleichen Zweck benutzt werden. Wenn zusätzlich die notwendige Dicke der Metallabscheidung durch Plattieren in der Ordnung von nur 10 um ist, kann ein Photolack auf Gummibasis oder ein Photolack auf Zimtsäurenbasis benutzt werden.In the embodiments of the invention, the photosensitive dry film is used as frame members when plating is carried out with the thermoelectric materials. Besides the dry film, a photosensitive polyimide can also be used for the same purpose. In addition, when the necessary thickness of metal deposition by plating is on the order of only 10 µm, a rubber-based photoresist or a cinnamic acid-based photoresist can be used.

Neben dem im vorangehenden beschriebenen Acrylharz kann ein Material, das elektrisch isolierend ist, niedrig in der thermischen Leitfähigkeit ist und mit Leichtigkeit eine Temperaturdifferenz aushalten kann, die an den thermoelektrischen Elementen auftritt, zum Bilden des Isolators 51 benutzt werden. Ein Epoxidharz kann für den Isolator 51 benutzt werden.Besides the acrylic resin described above, a material that is electrically insulating, low in thermal conductivity, and can easily withstand a temperature difference occurring at the thermoelectric elements can be used to form the insulator 51. An epoxy resin can be used for the insulator 51.

Obwohl bei dieser Ausführungsform die Dicke der thermoelektrischen Körper auf die Hälfte von der des lichtempfindlichen Harzes gesetzt ist, kann die Dicke entsprechender thermoelektrischer Körper wählbar innerhalb des Bereiches, in dem die Dicke der thermoelektrischen Körper weniger als die des lichtempfindlichen Harzes ist, sein, vorausgesetzt, daß die ersten thermoelektrischen Aufbauten 41 und die zweiten thermoelektrischen Aufbauten 42 gut ineinander passen.Although in this embodiment, the thickness of the thermoelectric bodies is set to half that of the photosensitive resin, the thickness of respective thermoelectric bodies may be selectable within the range in which the thickness of the thermoelectric bodies is less than that of the photosensitive resin, provided that the first thermoelectric structures 41 and the second thermoelectric structures 42 fit well with each other.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY

Durch das Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit gemäß der Erfindung kann eine mikrobemessene thermoelektrische Leistungserzeugungseinheit mit Leichtigkeit und hoher Genauigkeit hergestellt werden, die eine ausreichende Ausgabespannung erzeugen kann.By the manufacturing method of a thermoelectric power generation unit according to the invention, a micro-sized thermoelectric power generation unit capable of generating a sufficient output voltage can be manufactured with ease and high accuracy.

Als Resultat kann die thermoelektrische teistungserzeugungseinheit ausgiebig als eine Leistungsversorgungsquelle für eine mikrobemessene tragbare elektronische Ausrüstung, zum Beispiel eine Armbanduhr benutzt werden.As a result, the thermoelectric power generation unit can be extensively used as a power supply source for a micro-sized portable electronic equipment, for example, a wristwatch.

Claims (7)

1. Herstellungsverfahren einer thermoelektrischen Leistungserzeugungseinheit mit:1. Manufacturing method of a thermoelectric power generation unit comprising: einem ersten Bildungsvorgang eines thermoelektrischen Aufbaues mit den Schritten:a first formation process of a thermoelectric structure with the steps: Bilden eines aus einem metallischen Material gemachten Elektrodenfilmes (11) auf einem Substrat (10),Forming an electrode film (11) made of a metallic material on a substrate (10), Vorsehen eines Musters eines lichtempfindlichen Harzes (12) in der Form von Streifen auf den Elektrodenfilmen (11),Providing a pattern of a photosensitive resin (12) in the form of stripes on the electrode films (11), Bilden einer Mehrzahl von ersten thermoelektrischen Körpern (15) in regelmäßiger Anordnung durch Plattieren eines ersten thermoelektrischen Materiales innerhalb von in dem lichtempfindlichen Harzen (12) vorgesehenen Öffnungen (13) unter Benutzung des Elektrodenfilmes (11),Forming a plurality of first thermoelectric bodies (15) in a regular arrangement by plating a first thermoelectric material within openings (13) provided in the photosensitive resin (12) using the electrode film (11), Beschichten des lichtempfindlichen Harzes (12) und der ersten thermoelektrischen Körper (15) mit einem in Wärme aushärtenden Harzen (16) undCoating the photosensitive resin (12) and the first thermoelectric body (15) with a thermosetting resin (16) and Auflösen und Entfernen des Substrates (10) und des Elektrodenfilmes (11);Dissolving and removing the substrate (10) and the electrode film (11); einem zweiten Bildungsvorgang eines thermoelektrischen Aufbaues mit den Schritten:a second formation process of a thermoelectric structure with the following steps: Bilden eines aus einem metallischen Material bestehenden Elektrodenfilmes (11) auf einem Substrat (10), das nicht das oben genannte Substrat ist,forming an electrode film (11) made of a metallic material on a substrate (10) other than the above-mentioned substrate, Vorsehen eines Musters eines lichtempfindlichen Harzes (12) in der Form von Streifen auf dem Elektrodenfilm (11),Providing a pattern of a photosensitive resin (12) in the form of stripes on the electrode film (11), Bilden einer Mehrzahl von zweiten thermoelektrischen Körpern (17) durch Plattieren eines zweiten thermoelektrischen Materiales innerhalb von in dem lichtempfindlichen Harzen (12) vorgesehenen Öffnungen (13) unter Benutzung des Elektrodenfilmes (11),Forming a plurality of second thermoelectric bodies (17) by plating a second thermoelectric material within openings (13) provided in the photosensitive resin (12) using the electrode film (11), Beschichten des lichtempfindlichen Harzes (12) und der zweiten thermoelektrischen Körper (17) mit einem in Wärme aushartenden Harzen (16) undCoating the photosensitive resin (12) and the second thermoelectric body (17) with a heat-curing resin (16) and Auflösen und Entfernen des Substrates (10) und des Elektrodenfilmes (11); und Bilden einer Mehrzahl von Thermoelementen (30) in Reihe als ein thermoelektrisches Leistungserzeugungselement durch einen Vorgang mit den Schritten:Dissolving and removing the substrate (10) and the electrode film (11); and Forming a plurality of thermocouples (30) in series as a thermoelectric power generating element by a process comprising the steps of: Verbinden einer Mehrzahl der ersten thermoelektrischen Aufbauten (20) und der zweiten thermoelektrischen Aufbauten (21) miteinander, die in abwechselnden Schichten gelegt werden, und Verbinden abwechselnd der benachbarten Endoberfläche eines jeden Streifens der ersten thermoelektrischen Körper (15) und der zweiten thermoelektrischen Körper (17) mit Verdrahtungselektroden (25).Connecting a plurality of the first thermoelectric structures (20) and the second thermoelectric structures (21) to each other laid in alternating layers, and alternately connecting the adjacent end surface of each strip of the first thermoelectric bodies (15) and the second thermoelectric bodies (17) to wiring electrodes (25). 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem anstelle des in Wärme aushärtenden Harzes (16) ein wärmeisolierendes Blatt (18) mit dem lichtempfindlichen Harz (12) und den thermoelektrischen Körpern (15, 17) verbunden wird.2. Method according to claim 1, in which, instead of the thermosetting resin (16), a heat-insulating sheet (18) is bonded to the photosensitive resin (12) and the thermoelectric bodies (15, 17). 3. Verfahren nach Anspruch 2,3. Method according to claim 2, bei dem die Oberfläche der ersten thermoelektrischen Körper (15) mit der Oberfläche der zweiten thermoelektrischen Körper (17) verbunden wird, wobei ein wärmeisolierendes Blatt (18) dazwischen vorgesehen wird, bevor die Substrate (10) und die Elektrodenfilme (11) aufgelöst und entfernt werden, undin which the surface of the first thermoelectric bodies (15) is bonded to the surface of the second thermoelectric bodies (17) with a heat insulating sheet (18) provided therebetween before the substrates (10) and the electrode films (11) are dissolved and removed, and danach Auflösen und Entfernen beider Substrate (10) und der entsprechenden Elektrodenfilme (11).then dissolving and removing both substrates (10) and the corresponding electrode films (11). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Substrate (10) und die Elektrodenfilme (11) durch elektrisch leitende Substrate (10) ersetzt werden.4. Method according to one of claims 1 to 3, in which the substrates (10) and the electrode films (11) are replaced by electrically conductive substrates (10). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,5. Method according to one of claims 1 to 3, bei dem die Oberfläche oder der gesamte Körper des Substrates (10) isolierende Eigenschaften aufweist,in which the surface or the entire body of the substrate (10) has insulating properties, bei dem Metallfilme auf dem Substrat (10) anstelle der Elektroden (11) gebildet werden,in which metal films are formed on the substrate (10) instead of the electrodes (11), bei dem die entsprechenden Metallfilme in einen ersten Elektrodenfilm (31) und einen zweiten Elektrodenfilm (32) geätzt werden, die in der Form zweier Kämme gebildet werden, die einander zugewandt sind, wobei jeder Zahn abwechselnd zwischen benachbarten Zähnen zwischengefügt wird, und bei den das Muster in der Form von Streifen in dem Lückengebiet zwischen dem ersten Elektrodenfilm (31) und dem zweiten Elektrodenfilm (32) gebildet wird, jeweils in der Form von Zinken eines Kammes.in which the respective metal films are etched into a first electrode film (31) and a second electrode film (32) which are formed in the shape of two combs facing each other, each tooth being alternately interposed between adjacent teeth, and wherein the pattern is formed in the form of stripes in the gap region between the first electrode film (31) and the second electrode film (32), each in the form of teeth of a comb. 6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein anderer Metallfilm auf einer gesamten Plattierungsinitierungsoberfläche (33) gebildet wird, die durch Auflösen und Entfernen des Substrates (10), der ersten Elektrodenfilme (31) und der zweiten Elektrodenfilme (32) offengelegt wird, und der andere Metallfilm in Verdrahtungselektroden (35) durch Ätzen bemustert wird.6. The method according to claim 5, wherein another metal film is formed on an entire plating initiation surface (33) exposed by dissolving and removing the substrate (10), the first electrode films (31) and the second electrode films (32), and the other metal film is patterned in wiring electrodes (35) by etching. 7. Verfahren nach Anspruch 3,7. Method according to claim 3, bei dem das wärmeisolierende Blatt (18) durch einen Isolator (51) ersetzt wird,in which the heat-insulating sheet (18) is replaced by an insulator (51), bei dem die Dicke der thermoelektrischen Körper (15, 17) kleiner als die des lichtempfindlichen Harzes (12a) gebildet wird, und bei dem in dem zweiten Bildungsvorgang eines thermoelektrischen Aufbaues das lichtempfindliche Harz (12b) mit einem zweiten Muster gebildet wird, das in dem gleichen Abstand wie der des ersten Musters gebildet wird, und ungeöffnete Oberflächengebiete, von denen jedes schmaler als die Breite einer jeden der Öffnungen in dem ersten Muster ist, und Öffnungen (13b), von denen jede breiter als die Breite eines jeden der ungeöffneten Oberflächengebiete in dem ersten Muster ist, vorgesehen werden.wherein the thickness of the thermoelectric bodies (15, 17) is formed smaller than that of the photosensitive resin (12a), and wherein in the second thermoelectric assembly forming process, the photosensitive resin (12b) is formed with a second pattern formed at the same pitch as that of the first pattern, and unopened surface areas each narrower than the width of each of the openings in the first pattern and openings (13b) each wider than the width of each of the unopened surface areas in the first pattern are provided.
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